一种聚苯胺纳米带及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种聚苯胺纳米带及其制备方法。该方法包括：将苯胺单体和有机氧化剂的盐酸溶液混合，加入铁盐的盐酸溶液，搅拌反应。该方法无需任何模板和有机溶剂，整个反应在水相中完成，操作简便，可控性强，适合规模化生产，得到的聚苯胺纳米带的结构与性能易于调控，在能量存储与转化材料、吸附材料、传感材料、电磁屏蔽材料和功能化模板或载体等领域具有广泛的应用潜力。

【技术实现步骤摘要】
一种聚苯胺纳米带及其制备方法
本专利技术属于聚苯胺材料及其制备领域，特别涉及一种聚苯胺纳米带及其制备方法。
技术介绍
聚苯胺一维纳米材料由于具有电导率高、环境稳定性好、分散性好、比表面积大、扩散路径短等独特性能以及多变可调的纳米结构，在能量存储与转化、选择性吸附、气体传感、电磁屏蔽、功能化模板或载体和复合材料等领域表现优异。通常认为材料的纳米结构将影响物理和化学性质，因此，制备不同形貌的聚苯胺对改善电化学性能尤为重要。一维纳米结构聚苯胺主要包括聚苯胺纳米纤维、纳米管、纳米棒、纳米线和纳米带等。相比广泛研究的聚苯胺纳米纤维，聚苯胺纳米带的报道较少，特别是采用化学聚合法来制备单一的聚苯胺纳米带。目前主要是采用带状模板来制备聚苯胺纳米带，如中国专利CN103613759B以水热法合成的MoO3纳米带为模板、以过硫酸铵为氧化剂制备出MoO3/聚苯胺同轴纳米异质结。而中国专利CN106065180B也是先通过水热法制备出无机三氧化钼纳米带，再依次包覆聚吡咯和聚苯胺，得到三氧化钼-聚吡咯-聚苯胺三元复合材料。中国专利CN102276831B采用冰晶体作为模板、Keggin结构的H4SiW12O40为掺杂酸、硝酸铁为氧化剂，并引入硝酸银通过苯胺聚合的反诱导作用被还原为金属银而有效地复合到聚苯胺产物中，最终形成一种聚苯胺纳米带状复合物。这种方法简化了复杂的模板制备移除过程，节约了材料和能源，且所得的产品形态单一、纯度较高，但产物是复合材料而不是单纯的聚苯胺纳米带。虽然为了制备聚苯胺纳米纤维提出了不少无模板法，如界面聚合法【CN101710541A、CN100497440C】、悬浮聚合法【CN100526367C】、乳液聚合法【CN102050947B】和超声聚合法【CN1323199C】等。但并没有采用这些方法制备聚苯胺纳米带的报道。鉴于聚苯胺纳米带复合物的成功应用，了解单纯聚苯胺纳米带的结构与性能就显得至关重要，如何高效简便制备聚苯胺纳米带是一个亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种聚苯胺纳米带及其制备方法，以填补现有技术的空白。本专利技术提供一种聚苯胺纳米带的制备方法，包括：将苯胺单体和有机氧化剂的盐酸溶液混合，加入铁盐的盐酸溶液，搅拌反应，得到聚苯胺纳米带，其中苯胺单体和有机氧化剂的摩尔比为1∶1～1∶2，铁盐与有机氧化剂的摩尔比为1∶1～1∶5。所述将苯胺单体和有机氧化剂的盐酸溶液混合，加入铁盐的盐酸溶液后溶液中苯胺单体的浓度为0.01～0.5摩尔/升。所述有机氧化剂为过氧化氢异丙苯、过氧化二异丙苯、过氧化氢叔丁基或过氧化苯甲酸叔丁酯。所述盐酸溶液浓度为1.0～2.0摩尔/升。所述铁盐为硫酸铁、氯化铁、硝酸铁、氯化亚铁中的一种。所述搅拌反应温度为-5～5℃，搅拌反应时间为3～24小时。本专利技术还提供一种上述方法制备得到的聚苯胺纳米带。本专利技术还提供一种上述方法制备得到的聚苯胺纳米带的应用。本专利技术以有机氧化剂和无机铁盐复配作为氧化剂，其中三价铁直接引发苯胺发生氧化聚合，并被还原成二价铁；而有机氧化剂虽不能直接诱导苯胺聚合，但可以将二价铁转换为三价铁，从而维持了反应体系中三价铁较高的浓度，保证了苯胺聚合的速度和效率。可见有机氧化剂和无机铁盐复配体系有利于苯胺反应物组装成带状结构，而无机酸酸性环境也确保了聚苯胺纳米带的高电导率。，该制备过程在纯水相中进行，无需使用任何模板或有机溶剂，也无需借助较为昂贵的仪器设备，所得到的聚苯胺纳米带在能量存储、金属离子吸附和气体传感等领域中具有广泛的应用潜力。有益效果(1)本专利技术是在不使用任何模板或有机溶剂的情况下诱导苯胺单体进行化学氧化聚合，整个反应在水相中进行，环保绿色；也不需要借助特殊的仪器设备，只需使用简单的机械搅拌；所需原材料易得、价格低廉，合成工艺简单，操作简便，可控性强，适合规模化生产；(2)本专利技术所制备的聚苯胺纳米带，其结构和性能可以简单地通过选择反应体系中有机氧化剂和铁盐、调节苯胺单体浓度进行调整。依据聚苯胺不同的导电特性和结构特征，用于满足传感材料、能量存储材料、吸附材料、吸波材料和纳米添加剂等不同领域的要求。附图说明图1是本专利技术实施例1制备的聚苯胺纳米带的扫描电镜图；图2是本专利技术实施例1制备的聚苯胺纳米带在5毫伏/秒的扫描速率下的循环伏安曲线；图3是本专利技术实施例2制备的聚苯胺纳米带的扫描电镜图；图4是本专利技术实施例2制备的聚苯胺纳米带在1安/克电流密度下的恒流充放电曲线；图5是本专利技术实施例3制备的聚苯胺纳米带的扫描电镜图；图6是本专利技术实施例3制备的聚苯胺纳米带的氨气响应曲线；图7是本专利技术实施例4制备的聚苯胺纳米带的扫描电镜图；图8是本专利技术实施例4制备的聚苯胺纳米带对镉离子的时间吸附曲线。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。此外应理解，在阅读了本专利技术讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。本专利技术所采用的试剂均是市场上常见试剂，没有特别要求。本专利技术中使用的苯胺、有机氧化剂(过氧化氢异丙苯、过氧化二异丙苯、过氧化氢叔丁基、过氧化苯甲酸叔丁酯)、铁盐(硫酸铁、氯化铁、硝酸铁、氯化亚铁)、盐酸均购于国药集团化学试剂有限公司。实施例1在500毫升1.0摩尔/升的盐酸水溶液中加入0.931克的苯胺(0.01摩尔)和2.704克的过氧化二异丙苯(0.01摩尔)，将溶液混合均匀；再称量0.889克的硫酸铁(0.002摩尔)溶解到500毫升1.0摩尔/升盐酸水溶液中，然后将硫酸铁溶液加入到上述混合溶液中，在冰水浴条件下反应3小时；反应结束后，产物聚苯胺经过去离子水、乙醇多次洗涤、抽滤，最后真空40℃低温干燥。采用场发射扫描电子显微镜(SU-8010)对本实施例的聚苯胺进行形貌表征，其扫描电镜图如图1所示，可以看出其呈现纳米带形状。将本实施例的聚苯胺涂覆到泡沫镍上作为工作电极，同时配置1.0摩尔/升的硫酸溶液作为电解液。以铂片为对电极，Ag/AgCl电极为参比电极，组成三电极体系，在辰华CHI660E电化学工作站进行电化学测试。测试电压区间选取-0.2-0.8伏，在5毫伏/秒的扫描速率下，获得的循环伏安曲线如图2所示，计算出的聚苯胺比电容为1110.4法/克。实施例2在500毫升2.0摩尔/升的盐酸水溶液中加入4.655克的苯胺(0.05摩尔)和15.220克的过氧化氢异丙苯(0.1摩尔)，将溶液混合均匀；再称量7.950克的氯化铁(0.05摩尔)溶解到500毫升1.0摩尔/升盐酸水溶液中，然后将氯化铁溶液加入到上述混合溶液中，在冰水浴条件下反应9小时；反应结束后，产物聚苯胺经过去离子水、乙醇多次洗涤、抽滤，最后真空40℃低温干燥。采用场发射扫描电子显微镜(SU-80本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种聚苯胺纳米带的制备方法，包括：/n将苯胺单体和有机氧化剂的盐酸溶液混合，加入铁盐的盐酸溶液，搅拌反应，得到聚苯胺纳米带，其中苯胺单体和有机氧化剂的摩尔比为1∶1～1∶2，铁盐与有机氧化剂的摩尔比为1∶1～1∶5。/n

【技术特征摘要】
1.一种聚苯胺纳米带的制备方法，包括：
将苯胺单体和有机氧化剂的盐酸溶液混合，加入铁盐的盐酸溶液，搅拌反应，得到聚苯胺纳米带，其中苯胺单体和有机氧化剂的摩尔比为1∶1～1∶2，铁盐与有机氧化剂的摩尔比为1∶1～1∶5。


2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述将苯胺单体和有机氧化剂的盐酸溶液混合，加入铁盐的盐酸溶液后溶液中苯胺单体的浓度为0.01～0.5摩尔/升。


3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述有机氧化剂为过氧化氢异丙苯、过氧化二异丙苯、过氧化氢叔丁基...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦宗益，曾凡鑫，肖瑶，沈玥莹，李涛，徐娴，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：上海;31