以聚氨基蒽醌为前驱体的导电炭泡沫的制备方法技术

一种以聚氨基蒽醌为前驱体的导电炭泡沫的制备方法，其特征在于，将聚氨基蒽醌在氮气保护下，以２０～４０℃／分的升温速度加热到１０００℃，然后降至室温。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种。技术背景炭泡沫由于其具有比表面积大、孔隙率高、密度低、比强度高、吸附性好、热 膨胀系数低等特点，被广泛应用于高温热容材料、多孔集流体电极、催化剂载体、过 滤器、支架材料等领域。例如，炭泡沫具有非常大的比表面积和很高的电导性，它不 仅可以高效的传导电荷，而且可以在炭泡沫的表面最大限度的吸附活性物质。因此它 可议用于二次电池以及超级电容器的电极材料。这种材料吸附聚苯胺等电活性物质所 制成的超级电容器，表现出非常高的比容量，目前其最大比容量可高达2200F/g(相对 于活性物质)(Fan L Z， Hu Y S， Maier J， et al. ^yy.尸"7 cz^ 2007， 17，3083.)。炭泡沬的制备方法很多，主要有以下几种方法。以聚丙烯腈为前驱体通过溶胶凝 胶法常压发泡炭化而成(US patent 5300272， 1993.);以各相异性的中间相沥青为前 驱体，采用物理发泡法或化学发泡法高温炭化而成(US patent 6387343， 2002.);或 者以酚醛树脂等热固性树脂为前驱体，采用加热分解发泡法炭化而彻骨(Bruneton E， Tallaron C， Gras-Naulin N, et al. Carbon, 2002, 40(11)， 1919.)。上述这些方法虽然都可以获得炭泡沫，但是，在制备过程中往往都包括合成前驱体、发泡、氧化固定、炭化、石墨化等多道工序。因此，制备工艺较为繁琐，而且有 的方法前驱体原料的成本就相当高昂，有的方法需要高压，有的炭产率低、不经济， 很难应用于大规模工业生产。有些还会释放出剧毒的氢氰酸气体。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术中的上述不足，旨在提供一种工艺简单的以聚 氨基蒽醌为前驱体的导电炭泡沫的制备方法。为达到上述目的，本专利技术通过以下技术方案实现一种，其特征在于，将聚氨基蒽醌在氮气保护下，以20 4(TC/分的升温速度加热到IOO(TC，然后降至室温。 其中，所述的聚氨基蒽醌为聚卜氨基蒽醌。其中，所述的聚1-氨基蒽醌的制备方法为将1-氨基蒽醌单体溶解于酸性反应介 质中制成单体溶液，再将氧化剂的去离子水溶液滴入单体溶液中，搅拌，在0-5(TC范围内选定一个温度恒温反应，反应结束后将固体产物洗涤，去杂，烘干，得到聚l-氨 基蒽醌粉末。其中，所述的氧化剂为过硫酸铵、三氧化铬、铬酸钾、次氯酸钠，所述氧化剂还 可以为氯化亚铁和双氧水。。其中，氧化剂与1-氨基蒽醌摩尔比为1 3: 1。其中，所述的反应介质为乙腈或N, N-二甲基甲酰胺中的一种与酸的混合液或浓硫酸。所述浓硫酸溶液的浓度为5 10 mol/L。 其中，反应时间为24-72h。本专利技术的有益效果为1) 本专利技术制备方法简单、对制备设备要求低、只需要两步即可制备得到性能优异 的炭泡沫。2) 本专利技术所使用氨基蒽醌单体原料简单易得，成本低，且由其制成炭材料前驱体 聚氨基蒽醌的合成方法简单，可以大大降低炭泡沫的制备成本。3) 聚氨基蒽醌的理论炭产率高和实际炭产率均很高，在炭化过程中的炭损失仅2 % 7%，且无需加入发泡剂或通入氮气来发泡。4) 由于氨基蒽醌聚合物本身即为超级电容器或者二次电池的电极活性物质，具有 很高的储能性能。而氨基蒽醌聚合物又可通过简单炭化过程制成超级电容器或一 者二次电池的炭泡沫电极材料，这为今后简化超级电容器或者二次电池的制备 工艺提供了条件。附图说明图l在15° C下由过硫酸铵氧化合成的PAAQ在N2气氛下的热失重曲线。 图2在15° C下由过硫酸铵氧化合成的PAAQ的XRD曲线。图3由15° C下由过硫酸铵氧化合成的PAAQ炭化后的制备的炭泡沫的XRD图谱 图4在15° C下由过硫酸铵氧化合成的PAAQ在N2气氛下的DSC曲线。具体实施方式下面对本专利技术作进一步详细说明，但本专利技术并不仅限于此。 实施例1 8乙腈介质中聚卜氨基蒽醌的制备称取2 mmol (446 mg) 1-氨基蒽醌单体，放入100mL烧杯中，加入40mL乙 腈，并用移液管移取高氯酸滴入烧杯中，使高氯酸在乙腈溶液之中的浓度为0.05 mol/L。另称取2咖o1 (456 mg)过硫酸铵作为氧化剂，溶于0.75 mL去离子水之 中。将上述2种溶液置于0'C的水浴中平衡30min后，将氧化剂溶液以1滴/3秒的 速度滴入单体溶液中，同时进行机械搅拌，滴完氧化剂后在0。C恒温反应48 h。反 应结束后将固体产物用无水乙醇、去离子水洗涤，烘干，得初生态聚合物粉末，产 率为27.3°/。。两电极法测试初生态聚合物粉末压片的电导率为4.6X10—5 S/cm，经 过氨水去掺杂后得到去掺杂态PAAQ的电导率为1. 4x10—9 S/cm。将反应温度分别改为10°C、 15°C、 20°C、 30°C、 35°C、 40。C和50°C，其余同 上，所得聚合物产率分别为61.2%、 74.3%、 70.5%、 59.2%、 47.7%、 21.4%和 9.1%。 两电极法测试初生态聚合物粉末压片的电导率分别为4.7X10—5、 4.9X10—5、 7.7X10_5、 5. 1X1(T5、 2.8X10—5、 2. 3X10—6和1.0X10"9 S/cm，经过氨 水去掺杂后得到相应去掺杂态PAAQ的电导率分别为2.0x10—9、 3.0x10—9、 3.5x10—9、 3.1xl0—9、 2. 9xlO"9、 1.9x10—9、 8.8x10—10 S/cm。实施例9 11浓硫酸介质中聚l-氨基蒽醌的制备-称取60 mg (0.27rnmo1) 1-氨基蒽醌单体，放入100mL烧杯中，加入33. 3 mL浓硫 酸和66.7mL水，使硫酸浓度为6mol/L。在25'C的水浴条件以磁力搅拌器搅拌单体溶液 使其完全溶解，按照氧化剂和单体摩尔比为0.8:1，向其中滴加含0.216mraol次氯酸钠 的水溶液。在20'C的水浴条件搅拌反应24h。反应结束后，将反应原液离心分离，用乙 醇和.水反复洗涤数次，直到上层液体澄清并且以BaCl2检验无硫酸根，AgN03检验无氯离 子为止。烘干，得紫褐色初生态聚合物粉末，产率为24.6%。两电极法测试初生态聚合 物粉末压片的电导率为3.2X10—4 S/cm，经氨水去掺杂后电导率2.7X10—8 S/cm。重复实施例9，改变氧化剂和单体摩尔比为l. 0/1.0， 1.5/1.0，得紫褐色初生态聚 合物粉末，产率分别为55.1%， 59.1%。两电极法测试初生态聚合物粉末压片的电导率 分别为1.0X10—3 S/cm和6.8X10—4S/cm，经氨水去掺杂后电导率分别为7. 9X 10—8和 6. 2X10—8 S/cm。实施例12重复实施例3，即在聚合温度为15'C聚合48h，但使用三氧化铬为氧化剂，得初生 态聚合物粉末，产率为70.2%。两电极法测试初生态聚合物粉末压片的电导率为 1.3X10—5 S/cm，经过氨水去掺杂后得到去掺杂态PAAQ的电导率为1.8xl(T S/cm。将三氧化铬氧化聚合的去掺杂态聚合物10.2 mg置于坩锅中，在氮气保护下，以 2(TC/min的升温速度由室温加热到1000。C ，然后自然冷却缓慢降至室温即得到炭泡沫。 其直径为4本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种以聚氨基蒽醌为前驱体的导电炭泡沫的制备方法，其特征在于，将聚氨基蒽醌在氮气保护下，以２０～４０℃／分的升温速度加热到１０００℃，然后降至室温。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄美荣，李虎，李新贵，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：31