一种聚3,4-乙撑二氧噻吩柔性电极材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种聚3,4‑乙撑二氧噻吩柔性电极材料的制备方法，属于超级电容器电极材料制备技术领域。其是先将预处理棉线浸入到3,4‑乙撑二氧噻吩中，再浸入到过硫酸铵的盐酸溶液中，使其经化学氧化制备成所述聚3,4‑乙撑二氧噻吩柔性电极材料。本发明专利技术制得的聚3,4‑乙撑二氧噻吩柔性电极材料不仅具有高的比电容和好的循环稳定性，而且原料成本低廉，制备工艺简便，适合大规模工业化生产，具有较高的经济价值和社会效益。

Preparation of poly (3,4-ethylenedioxothiophene) flexible electrode material

【技术实现步骤摘要】
一种聚3,4-乙撑二氧噻吩柔性电极材料的制备方法
本专利技术属于超级电容器电极材料制备
，具体涉及一种聚3,4-乙撑二氧噻吩柔性电极材料的制备方法。
技术介绍
柔性线状超级电容器由于其具有充放电速度快、功率密度高、循环寿命长、重量轻和灵活性好等优点，被认为是可穿戴设备实现广泛应用的必要元器件。棉线具有成本低、比表面积大、溶液易渗透等优势，已经成为柔性电极材料理想的柔性基底。聚3,4-乙撑二氧噻吩具有较窄的能隙、较高的电导率、较好的成膜性和优良的环境稳定性，是一种重要的超级电容器电极材料。ChayanikaDas（ChayanikaDas,KothandamKrishnamoorthy;Flexiblemicrosupercapacitorsusingsilkandcottonsubstrates,ACSAppliedMaterials&Interfaces,2016,8(43):29504-29510）先采用化学方法在棉线上沉积一层金属金，然后利用电化学方法在金的表面聚合聚3,4-乙撑二氧噻吩，结果显示，当充放电电流密度为1A/g时，产物具有最高的比电容，其值为250F/g。但是，这种方法的原料价格较高，生产工艺复杂，且不易实现大规模工业化生产。
技术实现思路
本专利技术针对现有聚3,4-乙撑二氧噻吩负载棉线柔性电极材料的原料价格较高、生产工艺复杂以及不易实现大规模工业化生产等问题，提供了一种新的聚3,4-乙撑二氧噻吩柔性电极材料的制备方法。其制得的聚3,4-乙撑二氧噻吩柔性电极材料不仅具有高的比电容和好的循环稳定性，而且其原料成本低廉，制备工艺简便，适合大规模工业化生产，具有较高的经济价值和社会效益。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种聚3,4-乙撑二氧噻吩柔性电极材料的制备方法，其是先将预处理棉线浸入3,4-乙撑二氧噻吩中，再将吸附有3,4-乙撑二氧噻吩的棉线浸入到过硫酸铵的盐酸溶液中，使其在超声作用进行化学氧化。其具体包括以下步骤：（1）将棉线置于去离子水中，室温下超声30min后取出，沥干棉线上的水分后，再置于无水乙醇中，在室温下继续超声30min，取出，60℃真空干燥24h制得所述预处理棉线；（2）将1~2g直径为0.2~0.4mm的预处理棉线置于20mL3,4-乙撑二氧噻吩中，室温下超声5~10min后取出，制得吸附有3,4-乙撑二氧噻吩的棉线；（3）将步骤（2）制得的吸附有3,4-乙撑二氧噻吩的棉线置于过硫酸铵的盐酸溶液中，在室温下超声1~4h；反应结束后，用甲醇和去离子水交替洗涤2~4次，再于60℃真空干燥24h，制得聚3,4-乙撑二氧噻吩负载棉线，即所述聚3,4-乙撑二氧噻吩柔性电极材料。所述过硫酸铵的盐酸溶液中，过硫酸铵的浓度为1mol/L，盐酸的浓度为1mol/L，溶剂为去离子水。本专利技术的显著优点在于：（1）棉线具有体积小、价格低、来源广和质量轻等特点，采用棉线作为载体材料制备的柔性超级电容器具有良好的可弯曲折叠性，在便携式可佩戴电子设备中具有巨大应用潜力。（2）在棉线上聚合的聚3,4-乙撑二氧噻吩呈疏松多孔结构，改变了本征态聚3,4-乙撑二氧噻吩堆积致密的缺点，增加了电极材料与电解液的界面面积，能够促进电荷的传导和离子的迁移。（3）本专利技术制备的聚3,4-乙撑二氧噻吩柔性电极材料具有较高的比电容和良好的循环稳定性，在充放电电流密度分别为0.2A/g、0.5A/g、1A/g和2A/g时，比电容分别为255F/g、226F/g、208F/g和197F/g，循环2000次后，比电容的保持率为92%，而且原料成本低廉，制备工艺简便，适合大规模工业化生产，具有较高的经济价值和社会效益。附图说明图1为实施例1制备的聚3,4-乙撑二氧噻吩负载棉线的红外吸收光谱图；图2为预处理棉线（A）与实施例1制备的聚3,4-乙撑二氧噻吩负载棉线（B）的扫描电镜图。图3为市售棉线（A）与对比例1制备的聚3,4-乙撑二氧噻吩负载棉线（B）的扫描电镜图。具体实施方式为了使本专利技术所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本专利技术所述的技术方案做进一步的说明，但是本专利技术不仅限于此。所用预处理棉线是将市售棉线置于去离子水中，室温下超声30min后取出，沥干棉线上的水分后，再置于无水乙醇中，在室温下继续超声30min，取出，于60℃真空干燥24h制得。实施例1（1）将1.5g直径为0.3mm的预处理棉线置于20mL3,4-乙撑二氧噻吩中，在室温下超声8min，取出，制得吸附有3,4-乙撑二氧噻吩的棉线；（2）将步骤（1）制得的吸附有3,4-乙撑二氧噻吩的棉线置于含1mol/L过硫酸铵的浓度为1mol/L的盐酸水溶液中，在室温下超声3h；反应结束后，用甲醇和去离子水交替洗涤3次，于60℃真空干燥24h，制得聚3,4-乙撑二氧噻吩负载棉线，即所述聚3,4-乙撑二氧噻吩柔性电极材料。图1为本实施例制备的聚3,4-乙撑二氧噻吩负载棉线的红外吸收光谱图。从图中可以看出，2918cm-1和2837cm-1处的吸收峰对应3,4-乙撑二氧噻吩的亚甲基C-H伸缩振动吸收峰，1639cm-1和1371cm-1处的吸收峰分别对应噻吩环上C=C和C-C的伸缩振动吸收峰，667cm-1和613cm-1处的吸收峰对应噻吩环上C-S-C的弯曲振动吸收峰，这说明聚3,4-乙撑二氧噻吩成功负载在棉线上。图2为所用预处理棉线（A）与本实施例制备的聚3,4-乙撑二氧噻吩负载棉线（B）的扫描电镜图。从图中可以看出，经去离子水和无水乙醇处理后棉线表面比较粗糙，有利于聚3,4-乙撑二氧噻吩在棉线表面的均匀负载，且负载后的棉线呈疏松多孔的结构，该结构能够增加电极材料与电解液的界面面积，促进电荷的传导和离子的迁移。实施例2（1）将1g直径为0.2mm的预处理棉线置于20mL3,4-乙撑二氧噻吩中，在室温下超声5min，取出，制得吸附有3,4-乙撑二氧噻吩的棉线；（2）将步骤（1）制得的吸附有3,4-乙撑二氧噻吩的棉线置于含1mol/L过硫酸铵的浓度为1mol/L的盐酸水溶液中，在室温下超声1h；反应结束后，用甲醇和去离子水交替洗涤2次，于60℃真空干燥24h，制得聚3,4-乙撑二氧噻吩负载棉线，即所述聚3,4-乙撑二氧噻吩柔性电极材料。实施例3（1）将2g直径为0.4mm的预处理棉线置于20mL3,4-乙撑二氧噻吩中，在室温下超声10min，取出，制得吸附有3,4-乙撑二氧噻吩的棉线；（2）将步骤（1）制得的吸附有3,4-乙撑二氧噻吩的棉线置于含1mol/L过硫酸铵的浓度为1mol/L的盐酸水溶液中，在室温下超声4h；反应结束后，用甲醇和去离子水交替洗涤4次，于60℃真空干燥24h，制得聚3,4-乙撑二氧噻吩负载棉线，即所述聚3,4-乙撑二氧噻吩柔性电极材料。对比例1（1）将1.5g直径为0.3mm的市售本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种聚3,4-乙撑二氧噻吩柔性电极材料的制备方法，其特征在于：先将预处理棉线浸入3,4-乙撑二氧噻吩中，再将吸附有3,4-乙撑二氧噻吩的棉线浸入到过硫酸铵的盐酸溶液中，使其在超声作用下进行化学氧化。/n

【技术特征摘要】
1.一种聚3,4-乙撑二氧噻吩柔性电极材料的制备方法，其特征在于：先将预处理棉线浸入3,4-乙撑二氧噻吩中，再将吸附有3,4-乙撑二氧噻吩的棉线浸入到过硫酸铵的盐酸溶液中，使其在超声作用下进行化学氧化。


2.根据权利要求1所述的聚3,4-乙撑二氧噻吩柔性电极材料的制备方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
（1）将1~2g直径为0.2~0.4mm的预处理棉线置于20mL3,4-乙撑二氧噻吩中，室温下超声5~10min后取出，制得吸附有3,4-乙撑二氧噻吩的棉线；
（2）将步骤（1）制得的吸附有3,4-乙撑二氧噻吩的棉线置于过硫酸铵的盐酸溶液中，在室温下超声...

【专利技术属性】
技术研发人员：李宝铭，杜圆圆，王肖利，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建;35