一种高电导率聚吡咯凝胶及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种高电导率聚吡咯凝胶及其制备方法，属于导电高分子材料技术领域。本发明专利技术制备的高电导率聚吡咯凝胶，是由聚吡咯纳米粒子经线性组装、连接而成的多孔结构材料。其具体制备过程是：室温下，将紫红色铝试剂水溶液和吡咯单体按一定体积比混合、超声，得到A溶液。而后，将含三价铁离子水溶液一次性加至A溶液，室温下反应，经大量蒸馏水浸泡，得到聚吡咯凝胶。将此凝胶于‑20℃冷冻干燥2h后即可得高电导率聚吡咯凝胶。本发明专利技术所获得的聚吡咯凝胶导电性能优良，电导率高达8.7～11S/cm,有望作为新材料在超级电容器、电磁屏蔽、电催化等领域实际应用。此外，本发明专利技术制备过程方便、工艺简单、适合于规模化生产。

【技术实现步骤摘要】
一种高电导率聚吡咯凝胶及其制备方法
本专利技术属于导电高分子材料
，具体涉及一种高电导率聚吡咯凝胶及其制备方法。
技术介绍
聚吡咯作为导电聚合物家族成员之一，具合成方便、稳定性佳的优势，并具有高电化学活性。由于上述优势，因此聚吡咯在化学、化工、新材料等领域有着良好的应用前景。典型的如，可作为超级电容器电极材料、防静电材料、电磁屏蔽材料、电催化材料等(李梅等，一种二硫化钼/聚吡咯超级电容器电极材料的制备方法和应用，申请号：CN201610417561.0)。因此，自聚吡咯被成功合成以来，有关聚吡咯的研究一直方兴未艾。利用合适的化学氧化聚合方法，将聚吡咯形成凝胶状态的多孔结构，丰富了其比表面积，有助于提升其性能，如可获得高容量的超级电容特性(YaqunWangetal,Dopant-EnabledSupramolecularApproachforControlledSynthesisofNanostructuredConductivePolymerHydrogels,NanoLett.2015,15,7736-7741)。近年来，聚吡咯凝胶的研究、开发非常活跃。然而，由于凝胶的天然多孔结构和属性，致使其密度较小，故目前聚吡咯凝胶材料普遍存在电导率较低的缺陷，因而较大程度限制了聚吡咯凝胶材料在多个方面，尤其是超级电容器用电活性电极材料领域的应用(樊新等，聚吡咯/氢氧化镍超级电容器复合电极材料的制备方法，申请号CN201711413852.3)。为此，开发高电导率聚吡咯凝胶材料成为亟待的一个重要问题。
技术实现思路
针对现有技术存在的以上问题，本专利技术提供了一种高电导率聚吡咯凝胶及其制备方法。本专利技术提供的一种高电导率聚吡咯凝胶，是由聚吡咯纳米粒子(100～200nm)经线性组装、连接而成的多孔结构材料，电导率为8.7～11S/cm。本专利技术同时提供了上述聚吡咯凝胶的制备方法，其具体步骤为：a)室温下，将紫红色铝试剂水溶液(摩尔浓度为10mM)和吡咯单体按体积比1～10:1混合，超声5min,得到粉红色A溶液。所述铝试剂的分子式是C22H23N3O9，化学结构式如下：b)按一定体积比，将含三价铁离子水溶液一次性加至A溶液，室温下反应30min后，经大量蒸馏水浸泡12h，得到聚吡咯水凝胶。将此水凝胶于-20℃冷冻干燥2h后即可得高电导率聚吡咯凝胶。所述三价铁离子水溶液为三氯化铁、硫酸铁或硝酸铁中的一种或它们的混合物，所述三价铁离子水溶液中三价铁离子的摩尔浓度为0.1～1M，所述三价铁离子水溶液和A溶液的体积比为1～10:1。与现有技术相比，本专利技术具有以下技术效果：1、本专利技术的聚吡咯凝胶合成过程中，引入了铝试剂这类多羧基共轭小分子，通过该特殊小分子的掺杂，桥连了聚吡咯大分子链，有助于电子在不同聚吡咯链上的迁移，因此所获得的聚吡咯凝胶导电性能优良，电导率高达8.7～11S/cm。故该凝胶材料作为超级电容器电极材料使用时电容性能良好，质量比电容可达420～506F/g(三电极测试体系，电流密度0.25A/g)；2、本专利技术的聚吡咯凝胶制备过程方便、工艺简单、适合于规模化生产，可作为新材料在超级电容器、电磁屏蔽、电催化等领域实际应用。附图说明图1为按照实施例1的操作步骤，分别选择圆盘状、长条状反应器皿所制备的圆盘状和长条状的聚吡咯凝胶数码照片；如图1表明，聚吡咯凝胶可呈不同的形状，因此可根据具体的要求，选择不同形状的反应器皿，调控聚吡咯凝胶的形状。图2为按照实施例1制备的聚吡咯凝胶的扫描电子显微电镜图片；如图2表明，本专利技术的聚吡咯凝胶由聚吡咯纳米粒子(100～200nm)经线性组装、连接而成的多孔结构。具体实施方式以下结合具体实施例详述本专利技术，但本专利技术不局限于下述实施例。实施例1室温下，将紫红色铝试剂水溶液(摩尔浓度为10mM)和吡咯单体按体积比1:1混合，超声5min,得到粉红色A溶液。按一定体积比，将三氯化铁水溶液一次性加至A溶液，室温下反应30min后，经大量蒸馏水浸泡12h，得到聚吡咯水凝胶。将此水凝胶于-20℃冷冻干燥2h后即可得高电导率聚吡咯凝胶。所述三氯化铁水溶液中三价铁离子的摩尔浓度为0.1M，所述三氯化铁水溶液和A溶液的体积比为1:1。所得聚吡咯凝胶导电性能优良，电导率高达8.7S/cm，作为超级电容器性能优良，质量比电容可达420F/g(三电极测试体系，电流密度0.25A/g)。实施例2室温下，将紫红色铝试剂水溶液(摩尔浓度为10mM)和吡咯单体按体积比10:1混合，超声5min,得到粉红色A溶液。按一定体积比，将硫酸铁水溶液一次性加至A溶液，室温下反应30min后，经大量蒸馏水浸泡12h，得到聚吡咯水凝胶。将此水凝胶于-20℃冷冻干燥2h后即可得高电导率聚吡咯凝胶。所述硫酸铁水溶液中三价铁离子的摩尔浓度为1M，所述硫酸铁水溶液和A溶液的体积比为10:1。所得聚吡咯凝胶导电性能优良，电导率高达11S/cm，作为超级电容器性能优良，质量比电容可达506F/g(三电极测试体系，电流密度0.25A/g)。实施例3室温下，将紫红色铝试剂水溶液(摩尔浓度为10mM)和吡咯单体按体积比3:1混合，超声5min,得到粉红色A溶液。按一定体积比，将硝酸铁水溶液一次性加至A溶液，室温下反应30min后，经大量蒸馏水浸泡12h，得到聚吡咯水凝胶。将此水凝胶于-20℃冷冻干燥2h后即可得高电导率聚吡咯凝胶。所述硝酸铁水溶液中三价铁离子的摩尔浓度为0.3M，所述硝酸铁水溶液和A溶液的体积比为3:1。所得聚吡咯凝胶导电性能优良，电导率高达9.2S/cm，作为超级电容器性能优良，质量比电容可达440F/g(三电极测试体系，电流密度0.25A/g)。实施例4室温下，将紫红色铝试剂水溶液(摩尔浓度为10mM)和吡咯单体按体积比5:1混合，超声5min,得到粉红色A溶液。按一定体积比，将含三价铁离子水溶液一次性加至A溶液，室温下反应30min后，经大量蒸馏水浸泡12h，得到聚吡咯水凝胶。将此水凝胶于-20℃冷冻干燥2h后即可得高电导率聚吡咯凝胶。所述三价铁离子水溶液中三价铁离子的摩尔浓度为0.5M，所述三价铁离子水溶液和A溶液的体积比为6:1。所述三价铁离子水溶液为三氯化铁、硫酸铁和硝酸铁的混合水溶液，且该混合水溶液中三氯化铁、硫酸铁和硝酸铁三者物质的量比为1:1:1。所得聚吡咯凝胶导电性能优良，电导率高达10.1S/cm，作为超级电容器性能优良，质量比电容可达460F/g(三电极测试体系，电流密度0.25A/g)。实施例5室温下，将紫红色铝试剂水溶液(摩尔浓度为10mM)和吡咯单体按体积比9:1混合，超声5min,得到粉红色A溶液。按一定体积比，将含三价铁离子水溶液一次性加至A溶液，室温下反应30min后，经大量蒸馏水浸泡12h，得到聚吡咯水凝胶。将此水凝胶于-20℃冷冻干燥2h后即可得高电导率聚吡咯凝胶。所述三价铁离子水溶液中三价铁离子的摩尔浓度为8M，所述三价铁离子水溶液和A溶液的体积比为9:1。所述三价铁离子水溶液为三氯化铁和硝酸铁的混合水溶液，且该混合水溶液中三氯化铁和硝酸铁二者物质的量比为1:2。所得聚吡咯凝胶导电性能优良，电导率高达10.8S/cm，作为超级电容器性能优良，质量比电容可达490F/g(三电极测试体系本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高电导率聚吡咯凝胶，其特征在于，该聚吡咯凝胶是由100～200nm聚吡咯纳米粒子经线性组装、连接而成的多孔结构材料，该聚吡咯凝胶的电导率为8.7～11S/cm。

【技术特征摘要】
1.一种高电导率聚吡咯凝胶，其特征在于，该聚吡咯凝胶是由100～200nm聚吡咯纳米粒子经线性组装、连接而成的多孔结构材料，该聚吡咯凝胶的电导率为8.7～11S/cm。2.如权利要求1所述高电导率聚吡咯凝胶的制备方法，其特征在于包括如下步骤：(1)室温下，将摩尔浓度为10mM的铝试剂水溶液和吡咯单体按体积比1～10:1混合，超声5min,得到A溶液；所述铝试剂的分子式是C...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏友谊，吴玉真，王蒋超，刘宁，胡建，
申请(专利权)人：安徽工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34