一种超长聚吡咯纳米纤维的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种超长聚吡咯纳米纤维的制备方法。这种超长聚吡咯纳米纤维包括如下步骤：将吡咯单体与溶剂混合，所得吡咯单体溶液与五氧化二钒溶胶反应，再与氧化剂进行反应，得到厘米级长度的聚吡咯纳米纤维。本发明专利技术提供了一种具有厘米级长度的聚吡咯纳米纤维的制备方法，此方法具有作简便、易于实现等特点。与传统的粉末状聚吡咯纳米纤维颗粒相比，这种超长导电纳米纤维可直接用于化学、应力、电阻等传感装置。

A preparation method of super-long polypyrrole nanofibers

【技术实现步骤摘要】
一种超长聚吡咯纳米纤维的制备方法
本专利技术涉及一种聚吡咯纳米纤维，特别是涉及一种超长聚吡咯纳米纤维的制备方法。
技术介绍
导电聚合物聚吡咯具有良好的导电性能、机械性能、化学稳定性以及可加工性能，在电子元器件、传感器、电磁屏蔽以及防腐蚀涂层等领域有着广泛的应用。通过将聚吡咯制备成纳米纤维的形貌，可有效地提升其比表面积，从而进一步提升其性能表现。现在所使用的聚吡咯纳米纤维的制备方法主要有“界面聚合”、“模板聚合”、以及“种子聚合”等方法。通过这些方法制备的聚吡咯纳米纤维长度一般在几微米左右，直径一般在100纳米左右。如此细微的尺度大大地限制了聚吡咯纳米纤维的成型能力以及在电子元器件上的应用。
技术实现思路
为了克服现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种超长聚吡咯纳米纤维的制备方法，通过该方法可以直接、快速地制备长度可达厘米级的聚吡咯纳米纤维。为了实现上述的目的，本专利技术所采取的技术方案是：一种超长聚吡咯纳米纤维的制备方法，包括如下步骤：将吡咯单体与溶剂混合，所得吡咯单体溶液与五氧化二钒溶胶反应，再与氧化剂进行反应，得到厘米级长度的聚吡咯纳米纤维。优选的，这种超长聚吡咯纳米纤维的制备方法中，吡咯单体与溶剂的体积比为1：(40～80)；进一步优选的，吡咯单体与溶剂的体积比为1：(50～70)。优选的，这种超长聚吡咯纳米纤维的制备方法中，溶剂包括盐酸、硫酸、硝酸中的至少一种；进一步优选的，溶剂选自盐酸，或者盐酸与醇水溶液的混合液；再进一步的，所用盐酸的浓度为0.5mol/L～1mol/L，盐酸与醇水溶液的体积比为(2～10)：1，醇水溶液可以选自乙醇和水以体积比1：(3～10)组成的混合液。优选的，这种超长聚吡咯纳米纤维的制备方法中，吡咯单体与五氧化二钒溶胶的体积比为1：(0.5～5)；进一步优选的，吡咯单体与五氧化二钒溶胶的体积比为1：(0.8～2)。本专利技术这种超长聚吡咯纳米纤维的制备方法中，选用五氧化二钒溶胶作为预氧化剂以及催化剂，可以提高纳米纤维的生成效率。优选的，这种超长聚吡咯纳米纤维的制备方法中，五氧化二钒溶胶是将偏钒酸铵与阳离子交换树脂的水分散液进行反应制得。使用此方法制备的五氧化二钒溶胶在水溶液分散状态下具有纤维状微细结构。优选的，这种超长聚吡咯纳米纤维的制备方法中，五氧化二钒溶胶具体的制备方法是：将阳离子交换树脂与水混合，然后加入偏钒酸铵混合均匀，陈化，得到五氧化二钒溶胶。优选的，五氧化二钒溶胶具体的制备方法中，阳离子交换树脂、水、偏钒酸铵的质量比为1：(10～50)：(0.05～0.2)；进一步优选的，阳离子交换树脂、水、偏钒酸铵的质量比为1：(15～35)：(0.08～0.15)。优选的，五氧化二钒溶胶具体的制备方法中，阳离子交换树脂为Dowex50WX8离子交换树脂。优选的，五氧化二钒溶胶具体的制备方法中，陈化的时间为90天～200天；进一步优选的，陈化的时间为90天～120天。优选的，这种超长聚吡咯纳米纤维的制备方法中，吡咯单体与氧化剂的摩尔比为1：(0.3～10)；进一步优选的，吡咯单体与氧化剂的摩尔比为1：(0.33～9.06)。优选的，这种超长聚吡咯纳米纤维的制备方法中，氧化剂选自过硫酸盐、氯化铁、硝酸铁、硫酸铁、过氧化氢中的至少一种；进一步优选的，氧化剂选自过硫酸钠、过硫酸钾、过硫酸铵、氯化铁、过氧化氢中的至少一种；再进一步优选的，氧化剂选自过硫酸铵、氯化铁、过氧化氢中的至少一种。在一些具体的实施方式中，过氧化氢的使用形式为双氧水，双氧水中过氧化氢的质量浓度为29％～32％。优选的，这种超长聚吡咯纳米纤维的制备方法中，所得吡咯单体溶液与五氧化二钒溶胶反应具体是将五氧化二钒溶胶快速加入到吡咯单体溶液中进行混合反应，所述的快速是指在1s～5s内加入五氧化二钒溶胶。优选的，这种超长聚吡咯纳米纤维的制备方法中，反应的总时间为0.5h～2h；进一步优选的，吡咯单体溶液与五氧化二钒溶胶反应的时间为0.5min～3min，与氧化剂反应的时间为0.5h～1.5h。优选的，这种超长聚吡咯纳米纤维的制备方法中，反应的温度为室温。优选的，这种超长聚吡咯纳米纤维的制备方法中，在反应后，还包括将产物过滤、洗涤、干燥的步骤，即后处理步骤。优选的，后处理步骤中，过滤为抽滤；洗涤是依次用盐酸、去离子水、乙醇对产物进行洗涤，并至少重复三次；干燥是在40℃～50℃下干燥10h～20h。优选的，这种超长聚吡咯纳米纤维的制备方法中，所用的水可选自为去离子水、蒸馏水或超纯水；进一步优选的，所用的水为去离子水。优选的，这种超长聚吡咯纳米纤维的制备方法中，所得聚吡咯纳米纤维的长度为0.5cm～2cm。本专利技术的有益效果是：本专利技术提供了一种具有厘米级长度的聚吡咯纳米纤维的制备方法，此方法具有作简便、易于实现等特点。与传统的粉末状聚吡咯纳米纤维颗粒相比，这种超长导电纳米纤维可直接用于化学、应力、电阻等传感装置。具体而言，本专利技术具有如下优点：1、本专利技术所制备的厘米级聚吡咯纳米纤维是由三维网状的聚吡咯纳米纤维次级结构缠结、自组装而形成，可在宏观尺度上最大程度地保留和体现聚吡咯纳米纤维的力学、电学和化学性质。2、本专利技术可通过控制五氧化二钒凝胶的陈化时间，来对聚吡咯纳米纤维的长度、直径、形貌等参数进行有效调控。3、本专利技术采用水相聚合反应，反应过程均匀、反应速率快，且不需要使用表面活性剂等，对环境的负面影响较小。4、本专利技术工艺流程短、操作简单、成本低，可良好地适应大规模生产的要求。附图说明图1是本专利技术制备所得厘米级的聚吡咯纳米纤维图；图2是实施例1制得聚吡咯纳米纤维放大50倍的扫描电镜图；图3是实施例1制得聚吡咯纳米纤维放大3000倍的扫描电镜图；图4是实施例1制得聚吡咯纳米纤维放大30000倍的扫描电镜图；图5是实施例2制得聚吡咯纳米纤维放大1500倍的扫描电镜图；图6是实施例2制得聚吡咯纳米纤维放大8000倍的扫描电镜图；图7是对比例1制得聚吡咯纳米纤维放大100000倍的扫描电镜图。具体实施方式以下通过具体的实施例对本专利技术的内容作进一步详细的说明。实施例中所用的原料如无特殊说明，均可从常规商业途径得到。实施例1将1mL吡咯单体加入60mL浓度为1mol/L的盐酸溶液中，以800r/min的速度对该溶液进行5分钟搅拌以达到将吡咯单体均匀分散的效果。然后在搅拌状态下将1mL五氧化二钒凝胶以1mL/秒的速率注入吡咯单体溶液中，并保持反应1-2分钟。再将1.09g过硫酸铵加入该反应溶液中，继续反应1小时并保持搅拌状态。待反应结束后，将反应溶液置于布氏漏斗中并真空抽滤以将产物分离。然后以盐酸、去离子水、乙醇的次序来对产物进行洗涤，每次洗涤的溶剂用量至少为30mL，洗涤过程至少重复三次。待洗涤过后，将产物置于45℃烘箱中干燥12小时，即得到长度在0.5-1.5厘米的聚吡咯纳米纤维。实施例2将1mL吡咯单体加入60mL浓度为0.5mol/L的盐酸溶液中，以1000r/min的速度对该溶液进行5分钟搅拌以达到将吡咯单体均匀分散的效果。然后在搅拌状态下将2mL五氧化二钒凝胶以1mL/秒的速率注入吡咯单体溶液中，并保持反应1-2分钟。再将1.0g氯化铁加入该反应溶液中，继续反应1小时并保持搅拌状态。待反应结束后，将反应溶液置于布氏漏斗中并真空本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超长聚吡咯纳米纤维的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：将吡咯单体与溶剂混合，所得吡咯单体溶液与五氧化二钒溶胶反应，再与氧化剂进行反应，得到厘米级长度的聚吡咯纳米纤维。

【技术特征摘要】
1.一种超长聚吡咯纳米纤维的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：将吡咯单体与溶剂混合，所得吡咯单体溶液与五氧化二钒溶胶反应，再与氧化剂进行反应，得到厘米级长度的聚吡咯纳米纤维。2.根据权利要求1所述的一种超长聚吡咯纳米纤维的制备方法，其特征在于：所述吡咯单体与溶剂的体积比为1：(40～80)。3.根据权利要求2所述的一种超长聚吡咯纳米纤维的制备方法，其特征在于：所述溶剂包括盐酸、硫酸、硝酸中的至少一种。4.根据权利要求1所述的一种超长聚吡咯纳米纤维的制备方法，其特征在于：所述吡咯单体与五氧化二钒溶胶的体积比为1：(0.5～5)。5.根据权利要求4所述的一种超长聚吡咯纳米纤维的制备方法，其特征在于：所述五氧化二钒溶胶是将偏钒酸铵与阳离子交换树脂的水分散液进行反应制得。6.根据权利要求5所述的一种超长聚吡咯纳米纤维的制备方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘杨，张超，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：广东,44