一种聚3,4-乙撑二氧噻吩/石墨毡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/石墨毡柔性电极材料的制备方法，属于超级电容器用电极材料的制备技术领域。所述电极材料是以3,4‑乙撑二氧噻吩作为单体，以十二烷基硫酸钠作为表面活性剂，以橙黄Ⅱ作为掺杂剂，以过硫酸铵作为氧化剂，利用化学氧化法在石墨毡上聚合而成。本发明专利技术制得的电极材料具有较高的比电容和较优异的循环稳定性，主要用于制作超级电容器的柔性电极，具有显著的经济价值与社会效益。

【技术实现步骤摘要】
一种聚3,4-乙撑二氧噻吩/石墨毡柔性电极材料的制备方法
本专利技术属于超级电容器用电极材料的制备
，具体涉及一种聚3,4-乙撑二氧噻吩/石墨毡柔性电极材料的制备方法。
技术介绍
导电聚合物柔性电极材料具有柔韧性好、充放电速度快、绿色环保、安全性高和成本低等性能优势，在可穿戴电子设备领域具有重要的应用价值。在众多的导电聚合物柔性电极材料中，聚3,4-乙撑二氧噻吩柔性电极材料表现出高导电性、良好的高温稳定性、低氧化电位和电化学稳定等优点，是一种理想的超级电容器柔性电极材料。但是，聚3,4-乙撑二氧噻吩存在共轭分子链刚性强，力学性能较差；单体在水中溶解度很低，聚合时容易团聚；相对分子质量较高，理论比电容较低等缺陷，限制了聚3,4-乙撑二氧噻吩柔性电极材料的商业应用。中国专利技术专利CN110797210A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，其是通过将预处理棉线先浸入到3,4-乙撑二氧噻吩，再浸入到过硫酸铵的盐酸水溶液中，经过化学氧化制备而成。测试结果表明，在0.2A/g的电流密度下，该电极材料的比电容为255F/g，2000次循环后比电容保持率为92%。与低导电性、不耐高温、不耐酸碱的棉纤维柔性基体相比，石墨毡不仅具有耐高温、耐腐蚀、不熔融、大空隙率（90%）、良好的导电性和弹性等特性，而且还可以任意折叠、裁剪。将石墨毡作为柔性电极材料的基体，在石墨毡上聚合导电聚合物，不仅可以提高导电聚合物柔性电极材料的电导率、比电容和循环稳定性，还能使导电聚合物柔性电极材料拥有优异的机械性能。专利技术内容针对目前聚3,4-乙撑二氧噻吩柔性电极材料的棉线基体存在导电性低、耐高温和耐酸碱性能差等问题，本专利技术提供了一种聚3,4-乙撑二氧噻吩/石墨毡柔性电极材料的制备方法。本专利技术制得的电极材料具有较高的比电容和较优异的循环稳定性，主要用于制作超级电容器的柔性电极，具有显著的经济价值和社会效益。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种聚3,4-乙撑二氧噻吩/石墨毡柔性电极材料是以3,4-乙撑二氧噻吩作为单体，以十二烷基硫酸钠作为表面活性剂，以橙黄II作为掺杂剂，以过硫酸铵作为氧化剂，利用化学氧化法在石墨毡上聚合而成。所述聚3,4-乙撑二氧噻吩/石墨毡柔性电极材料的制备方法具体包括以下步骤：（1）在50~100mL去离子水中，先加入1.5~2.5g十二烷基硫酸钠，在室温下磁力搅拌10~20min，再加入0.2~0.3g3,4-乙撑二氧噻吩，在室温下磁力搅拌30~60min，最后加入0.2~0.35g橙黄Ⅱ，在室温下磁力搅拌20~40min，制得橙黄Ⅱ和3,4-乙撑二氧噻吩的混合液。（2）将石墨毡样条浸入到步骤（1）制得的混合液中，再将15~25mL过硫酸铵的盐酸溶液加入到混合液中，在室温下磁力搅拌4~24h；将石墨毡样条取出后，先在甲醇中浸泡5~10h，再在1mol/L氨水中浸泡24~48h，最后在1mol/L盐酸中浸泡1~3h，经甲醇和去离子水交替洗涤至滤液无色、60℃真空干燥24h，制得橙黄II掺杂聚3,4-乙撑二氧噻吩/石墨毡复合材料，即为所述聚3,4-乙撑二氧噻吩/石墨毡柔性电极材料。步骤（2）所述过硫酸铵的盐酸溶液中，过硫酸铵的浓度为0.3mol/L，盐酸的浓度为1mol/L。本专利技术的显著优点在于：（1）十二烷基硫酸钠作为表面活性剂可以提高3,4-乙撑二氧噻吩在水中的溶解度，因此，十二烷基硫酸钠有利于提高聚3,4-乙撑二氧噻吩在石墨毡上的聚合速度。同时，十二烷基硫酸钠还有利于石墨毡纤维表面的聚3,4-乙撑二氧噻吩呈现疏松的多孔结构，增加活性物质和电解质的接触面积，从而提高电极材料的比电容。（2）橙黄Ⅱ作为掺杂剂具有大π共轭的分子结构，它不仅可以提高聚3,4-乙撑二氧噻吩分子链的π共轭程度，而且可以贡献部分赝电容，达到提高电极材料比电容的目的。同时，分子尺寸较大的橙黄II分子还可以起到致孔剂的作用，有助于石墨毡纤维表面的聚3,4-乙撑二氧噻吩呈现疏松的多孔结构。（3）石墨毡纤维作为支撑材料，可以提高电极材料的循环稳定性。石墨毡纤维上大量的π共轭电子能够促进橙黄Ⅱ掺杂聚3,4-乙撑二氧噻吩的电子传输，提高电极材料的比电容。此外，石墨毡作为电极的基底材料，还可以赋予电极材料优异的机械性能。（4）本专利技术制得的聚3,4-乙撑二氧噻吩/石墨毡柔性电极材料具有较高的比电容和较优异的循环稳定性，在充放电电流密度分别为1A/g、2A/g、4A/g和8A/g时，比电容分别为385F/g、279F/g、246F/g和208F/g，循环2000次后，比电容达到99.2%，主要用于制作超级电容器的柔性电极，具有显著的经济价值和社会效益。附图说明图1为实施例1制得的橙黄II掺杂聚3,4-乙撑二氧噻吩/石墨毡复合材料的红外吸收光谱；图2为实施例1制得的橙黄II掺杂聚3,4-乙撑二氧噻吩/石墨毡复合材料的扫描电镜照片；图3为对比例1制得的聚3,4-乙撑二氧噻吩/石墨毡复合材料的扫描电镜照片；图4为对比例2制得的橙黄Ⅱ掺杂聚3,4-乙撑二氧噻吩的扫描电镜照片；图5为对比例3制得的聚3,4-乙撑二氧噻吩的扫描电镜照片。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。实施例1（1）在80mL去离子水中，先加入2g十二烷基硫酸钠，在室温下磁力搅拌15min，再加入0.25g3,4-乙撑二氧噻吩，在室温下磁力搅拌45min，最后加入0.3g橙黄Ⅱ，在室温下磁力搅拌30min，制得橙黄Ⅱ和3,4-乙撑二氧噻吩的混合液。（2）将石墨毡样条浸入到步骤（1）制得的混合液中，再将20mL过硫酸铵的盐酸溶液加入到混合液中，在室温下磁力搅拌14h；将石墨毡样条取出后，先在甲醇中浸泡8h，再在1mol/L氨水中浸泡36h，最后在1mol/L盐酸中浸泡2h，经甲醇和去离子水交替洗涤至滤液无色、60℃真空干燥24h，制得橙黄II掺杂聚3,4-乙撑二氧噻吩/石墨毡复合材料，即为所述聚3,4-乙撑二氧噻吩/石墨毡柔性电极材料。步骤（2）所述过硫酸铵的盐酸溶液中，过硫酸铵的浓度为0.3mol/L，盐酸的浓度为1mol/L。图1为实施例1制得的橙黄Ⅱ掺杂聚3,4-乙撑二氧噻吩/石墨毡复合材料的红外吸收光谱图。从图中可以看出，位于1139cm-1和974cm-1处的吸收峰分别为聚3,4-乙撑二氧噻吩的噻吩环上C-O-C和C-S的伸缩振动吸收峰，位于1088cm-1和622cm-1处的吸收峰为橙黄II的-SO3-的特征吸收峰，说明橙黄II掺杂聚3,4-乙撑二氧噻吩/石墨毡复合材料被成功制备。图2为实施例1制得的橙黄II掺杂聚3,4-乙撑二氧噻吩/石墨毡复合材料的扫描电镜照片。从图中可以看出，石墨毡纤维表面的聚3,4-乙撑二氧噻吩呈现疏松的多孔结构，BET的计算结果表明孔径尺寸比较均匀，这有利于增加活性物质和电解本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种聚3,4-乙撑二氧噻吩/石墨毡柔性电极材料的制备方法，其特征在于：所述电极材料是以3,4-乙撑二氧噻吩作为单体，以十二烷基硫酸钠作为表面活性剂，以橙黄Ⅱ作为掺杂剂，以过硫酸铵作为氧化剂，利用化学氧化法在石墨毡上聚合而成；具体的制备方法如下：/n（1）在50~100 mL去离子水中，先加入1.5~2.5 g十二烷基硫酸钠，在室温下磁力搅拌10~20 min，再加入0.2~0.3 g 3,4-乙撑二氧噻吩，在室温下磁力搅拌30~60 min，最后加入0.2~0.35 g橙黄Ⅱ，在室温下磁力搅拌20~40 min，制得橙黄Ⅱ和3,4-乙撑二氧噻吩的混合液；/n（2）将石墨毡样条浸入到步骤（1）制得的混合液中，再将15~25 mL过硫酸铵的盐酸溶液加入到混合液中，在室温下磁力搅拌4~24 h；将石墨毡样条取出后，先在甲醇中浸泡5~10h，再在1 mol/L氨水中浸泡24~48 h，最后在1 mol/L盐酸中浸泡1~3 h，经甲醇和去离子水交替洗涤至滤液无色、60 ℃真空干燥24 h，制得橙黄II掺杂聚3,4-乙撑二氧噻吩/石墨毡复合材料，即为所述聚3,4-乙撑二氧噻吩/石墨毡柔性电极材料。/n...

【技术特征摘要】
1.一种聚3,4-乙撑二氧噻吩/石墨毡柔性电极材料的制备方法，其特征在于：所述电极材料是以3,4-乙撑二氧噻吩作为单体，以十二烷基硫酸钠作为表面活性剂，以橙黄Ⅱ作为掺杂剂，以过硫酸铵作为氧化剂，利用化学氧化法在石墨毡上聚合而成；具体的制备方法如下：
（1）在50~100mL去离子水中，先加入1.5~2.5g十二烷基硫酸钠，在室温下磁力搅拌10~20min，再加入0.2~0.3g3,4-乙撑二氧噻吩，在室温下磁力搅拌30~60min，最后加入0.2~0.35g橙黄Ⅱ，在室温下磁力搅拌20~40min，制得橙黄Ⅱ和3,4-乙撑二氧噻吩的混合液；
（2）将石墨毡样条浸入到步骤（1）...

【专利技术属性】
技术研发人员：李宝铭，林莹莹，江俊辉，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建;35