新型质子酸掺杂聚苯胺的合成及其电化学电容行为

Vol.21No.32008年9月功　能　高　分　子　学　报　　　　　JournalofFunctionalPolymers　　　　　301

新型质子酸掺杂聚苯胺的合成及其电化学电容行为

崔　利1,　李　娟1,2,　张校刚3

(1.新疆大学化学与化工学院,乌鲁木齐830046;2.西安交通大学理学院,西安710049;

3.南京航空航天大学材料科学和技术学院,南京210016)

摘　要:　用化学氧化聚合法制得了草酸掺杂聚苯胺(H2C2O42PANI)和柠檬酸掺杂聚苯胺

(C6H8O72PANI),并与盐酸掺杂聚苯胺(HCl2PANI)做了对比研究。用红外光谱(FT2IR)、X射线

衍射(XRD)和透射电镜(TEM)对掺杂聚苯胺的结构和形貌进行了表征。用循环伏安,恒流充放

电和交流阻抗测试对材料在1mol/LHCl溶液中的电化学电容行为进行了研究:3种

酸掺杂的聚苯胺具有不同的空间结构,电化学性能也有差异。,

,F/g关键词:　聚苯胺;草酸掺杂;超级电容行为

中图分类号:　TQ050　　　A:(2008)0320301205

SupercapacitorBehaviorof

DopedPolyanilinewithNovelAcid

CUILi1,　LIJuan1,2,　ZHANGXiao2gang3

(1.AcademyofChemistryandChemicalTechnology,XinjiangUniversity,Urumqi830046,China;

2.SchoolofScience,Xi’anJiaotongUniversity,Xi’an710049,China;

3.CollegeofMaterialScienceandTechnology,NanjingUniversityofAeronauticsand

Astronautics,Nanjing210016,China)

Abstract:　Twokindsofdopedpolyaniline(H2C2O42PANIandC6H8O72PANI)weresynthesizedbythechemicalin2suitoxidation/polymerationandwerestudiedbycomparingwithhydrochloridedopedpolyani2line(HCl2PANI).ThestructureandmorphologyofthedopedPANImaterialswerecharacterizedbytheFT2IR,XRDandTEM.Thecyclicvoltammetry,galvanostaticcharge/dischargeandACimpedancemea2surementswerealsousedtoinvestigatetheelectrochemicalpropertiesofdopedPANIin1mol/http://paredwiththepolyanilinesynthesizedbytheothertwoacids,PANIdopedwithH2C2O4exhibitsmoreoutstandingelectrochemicalcapacitorbehaviorwiththespecificcapacitanceof670F/g.

Keywords:　polyaniline;dopedwithoxalic;supercapacitorbehavior

　　在导电聚合物中,聚苯胺(PANI)以其合成简单、结构多样,价廉易得,性能优良等特点引起了国内外学者的广泛关注[1～4],成为最具应用与开发前景的一类功能高分子材料。聚苯胺本身具有独特的载流子机制,掺杂后在高聚物链上没有电子得失,而仅是质子的转移过程。质子掺杂是聚苯胺由绝缘态转变为导电态的收稿日期:2008203207

基金项目:国家自然科学基金(20663006);新疆自治区教育厅青年教师启动基金(XJEDU2006S206);新疆大学校院联合项目(070196)作者简介:崔　利(19832),女,云南省宣威人,硕士生,研究方向:材料物理化学。E2mail:http://.love@http://

通讯联系人:李　娟,E2mail:lj2panpan@http://

302功　能　高　分　子　学　报　　　　　　第21卷关键。聚苯胺的主要掺杂点是链上的亚胺氮原子,且苯二胺和醌二亚胺必须同时存在才能保证质子酸掺杂的有效性。因此不同质子酸掺杂的聚苯胺其结构和性能差异很大。目前关于掺杂聚苯胺的研究比较多,但研究者们选用的质子酸多为无机酸(如HCl、H2SO4、H3PO4[5])和一些大分子有机磺酸类(如十二烷基苯磺酸[6]、二壬基奈磺酸[7]、丁二酸二辛酯磺酸[8]、樟脑磺酸[9～10]和对甲基苯磺酸[11])等。有关羧酸掺杂聚苯胺的研究很少,有研究表明醋酸掺杂得到的聚苯胺为绝缘态[12]。本文选取了另外两种小分子羧酸,即草酸和柠檬酸为掺杂剂,合成了导电聚苯胺。这两种有机酸尺寸小,易于扩散,其掺杂过程比较好控制,而且对环境不会造成污染。对不同酸掺杂的聚苯胺结构和形貌做了表征,并研究了所得聚苯胺的电化学电容行为。结果表明3种酸掺杂的聚苯胺结构不同,电化学性能也有差异,草酸掺杂制备的聚苯胺是一种具有优良应用前景的超级电容器材料。

1　实验部分

1.1　试剂

苯胺(An):分析纯,天津博迪化工有限公司;PS):;草酸(H2C2O4):分析纯,浙江临平化工试剂厂;柠檬酸(68:;浓盐酸(HCl):分析纯,;32:,乌鲁木齐迪成化工有限公司。

1.2　将经2(体积比为1/1,因有机酸酸性较弱,故过量30%),5mL过硫酸铵水溶液(n(An)∶n(APS)=1∶1),30min滴完,,溶液颜色由浅蓝到深蓝逐渐加深,反应约5h后停止搅拌,溶液颜色呈墨绿色。用去离子水和无水乙醇抽滤洗涤,在50℃真空干燥后,即得掺杂态聚苯胺。取部分草酸掺杂的聚苯胺用氨水脱掺杂处理得到本征态的聚苯胺(PANI)。

1.3　聚苯胺的结构表征

用德国布鲁克公司BRUKER2EQUINOX255红外光谱仪进行红外测试,扫描波数范围为600～4500

θ)为0°cm-1;日本理学D/max2400型X射线衍射仪对样品进行物相分析,扫描角度(2～60°;日本理学

Hitachi600型透射电子显微镜观察样品粒子形貌。

1.4　超级电容器的组装和电化学性能测试

将聚苯胺和乙炔黑(质量比为7.5∶1)混合均匀,然后加入少量w=0.05的聚偏氟乙烯树脂稀乳液(PVDF),搅拌制成粘稠状活性混合物,均匀涂在碳棒上作为工作电极。饱和甘汞电极(SCE)作为参比电极,铂电极为对电极组成3电极体系,以1mol/L的盐酸溶液为电解液组装成聚苯胺电容器待测装置。用上海辰华仪器公司的CHI660型电化学工作站进行循环伏安和恒电流充放电测试(扫描范围-0.2～0.8V,扫描速率5mV/s);利用荷兰欧特莱公司AUTOLAB电化学综合测试仪进行电化学交流阻抗测试。2　结果与讨论

2.1　掺杂态聚苯胺的红外光谱分析

图1为盐酸、草酸、柠檬酸掺杂的PANI的红外光谱图。盐酸掺杂的聚苯胺在807、1109、1294、1485和1559cm-1左右有 …… 此处隐藏：5544字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……