CN103680996A - 一种聚吡咯/石墨型氮化碳纳米复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种聚吡咯/石墨型氮化碳纳米复合材料及其制备方法，属于复合材料及制备技术领域。工艺过程如下：将石墨型氮化碳分散在水中，0°C下氮气保护搅拌30分钟，得到石墨型氮化碳分散液，将吡咯逐滴加入石墨型氮化碳分散液中，得到混合溶液，0°C下氮气保护搅拌30分钟，再将配置好的引发剂溶液滴加至上述混合溶液中，0°C下氮气保护搅拌反应10小时，所得产物洗涤数次，真空干燥后即得到聚吡咯/石墨型氮化碳纳米复合材料。本发明的优点在于制备工艺简单，成本低廉，易于大规模生产，本发明制备的纳米复合材料具有良好的导电性能，氧化还原可逆性以及具有较高的电荷容纳能力。
Description
技术领域
本发明属于属于复合材料及制备技术领域，涉及一种纳米复合材料及其制备方法，具体地说，是一种聚吡咯/石墨型氮化碳纳米复合材料及其制备方法。
背景技术
石墨型氮化碳是由地球上储量最丰富的C,N元素组成，因其结构与石墨相似，层间以C3N4或C6N7环组成，层与层之间以弱范德华力作用，它强大的C-N共价键保证其在周围环境下具有高度的热稳定性和化学稳定性，中等的禁带宽度，特殊的光学，光电化学特性以及具有制备简易性，使其成为当今的研究热点。目前，国内外关于g-C3N4的研究主要集中在改性光催化性能方面，但对g-C3N4的导电及电化学性能方面研究较少。理论计算表明g-C3N4具有较低的禁带宽度。
聚吡咯具有良好的导电性和环境稳定性，合成工艺简单，较窄禁带宽度等优点。目前，研究热点主要集中在把无机化合物与聚吡咯进行复合制备新型复合材料方面。如PPy/MnO2复合材料具有较高的比电容可作为超级电容器的电极材料（A. Bahloul, B. Nessark, E. Briot, H. Groult, A. Mauger, C. M.Juilen. Polypyrrole-covered MnO2 as electrode material for supercapacitor[J]. Power Sources, 2013, 240: 267-272），PPy/TiO2复合材料吸附亚甲基蓝的量是PPy/P25的3.6倍及PPy的5.5倍（J. J. Li, J. G. Feng, W. Yan. Excellent adsorption and desorption characteristics of polypyrrole/TiO2 composite for Methylene Blue[J]. Appl. Surf. Sci., 2013, 279: 400-408）。然而，关于聚吡咯/石墨型氮化碳（PPy/g-C3N4）纳米复合材料的制备及其导电/电化学性能研究的报道很少。
发明内容
本发明的目的在于提供一种聚吡咯/石墨型氮化碳纳米复合材料及其制备方法，使聚吡咯/石墨型氮化碳纳米复合材料的制备工艺简单、具有良好导电性、氧化还原可逆性和电荷容纳能力。
为了解决以上技术问题，本发明采用的具体技术方案如下：
一种聚吡咯/石墨型氮化碳纳米复合材料，其特征在于：所述复合材料由石墨型氮化碳和聚吡咯经复合后形成；所述聚吡咯是直径为200~300nm的亚微米球状，且分散沉积在石墨型氮化碳的表面或者插层于石墨型氮化碳的层中。
根据所述的一种聚吡咯/石墨型氮化碳纳米复合材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一，将细化的石墨相氮化碳分散在含分散介质的反应器中，磁力搅拌30分钟，制备得石墨型氮化碳分散液；
步骤二，将吡咯逐滴加入所述石墨型氮化碳分散液中，磁力搅拌30分钟得混合溶液一；
步骤三，氮气保护磁力搅拌条件下，将配制好的氧化剂溶液逐滴加入至所述混合溶液一中得混合溶液二；
步骤四，所述混合溶液二在氮气保护磁力搅拌条件下持续反应10小时，所得产物用无水乙醇洗涤6次后真空干燥即得目标产物即聚吡咯/石墨型氮化碳纳米复合材料
所述步骤一中石墨型氮化碳分散液是以水为溶剂，把石墨型氮化碳分散在水中。
所述步骤一到四都是在0°C条件下反应。
所述步骤三中的氧化剂溶液是过硫酸盐。
所述过硫酸盐优选过硫酸铵。
本发明具有有益效果。首次将石墨型氮化碳和聚吡咯进行复合制备一种纳米复合材料，具有良好的导电性、氧化还原可逆性以及具有较高的电荷容纳能力，所述的纳米复合材料电导率是纯PPy的1.3倍；所述纳米复合材料在循环伏安曲线上的氧化波和还原波峰高近似相等，对称性良好，显示氧化还原可逆性良好；该纳米复合材料的比电容是纯的PPy(5.86 Fg-1)的2.6倍。本发明的石墨型氮化碳因具有良好的热稳定性，化学稳定性，氧化还原可逆性，制备简易性，原料成本低廉等优点，而具有潜在的应用价值。聚吡咯具有优良的导电性能和成型性，又是少数可在水中聚合的导电聚合物。本发明将二者复合，不仅可以提高聚吡咯的导电性、氧化还原可逆性、电荷容纳能力，还有效改善石墨型氮化碳在有机基质上的分散性和成型性。
附图说明
图1为本发明的扫描电子显微镜图。
图2为本发明的循环伏安曲线图。
图3为本发明的X射线衍射图。
图4本发明的红外光谱图谱。
具体实施方式
下面将结合具体实例进一步阐明本发明内容，但这些实施例并不限制本发明的保护范围。
实施例1
将1g石墨型氮化碳加入装有25ml去离子水的三口圆底烧瓶中，氮气保护磁力搅拌30min，进行分散，后向该分散液加入1g吡咯并在0°C搅拌30min，随后将氧化剂10mlAPS溶液（含APS3.4g）逐滴加入上述混合液，于0°C下反应10h。所得产物用去离子水反复清洗，60°C下真空干燥24h可得到聚吡咯/石墨型氮化碳纳米复合材料。
图1为实施例1所制备出的聚吡咯/石墨型氮化碳纳米复合材料的扫描电子显微镜图，从图中可看出聚吡咯颗粒是沉积在石墨型氮化碳表面上或者插层于g-C3N4的片层间；所制备出的聚吡咯/石墨型氮化碳纳米复合材料的循环伏安曲线图如图2所示，从图中可看出曲线出现一对氧化还原峰，氧化波还原波的峰高近似相等，对称性良好，说明该复合材料氧化还原可逆性较好,该材料电导率是纯PPy的1.3倍比电容是纯的PPy(5.86 Fg-1)的2.6倍。
实施例2
将0.2539g石墨型氮化碳加入装有25ml去离子水的三口圆底烧瓶中，氮气保护磁力搅拌30min，进行分散，后向该分散液加入1g吡咯并在0°C搅拌30min，随后将氧化剂10mlAPS溶液（含APS3.4g）逐滴加入上述混合液，于0°C下反应10h。所得产物用去离子水反复清洗，60°C下真空干燥24h可得到聚吡咯/石墨型氮化碳纳米复合材料。
所制备出的聚吡咯/石墨型氮化碳纳米复合材料的X射线衍射图如图3所示，从图中可看出位于2θ=24.2°的峰是PPy的较弱特征衍射峰，位于2θ=27.4°的特征衍射峰，属于纯石墨型氮化碳特征衍射峰，可能由共轭双键堆叠引起。而位于2θ=13.0°的特征峰不明显，这可能是纯石墨型氮化碳的量太少导致。
实施例3
将0.4287g石墨型氮化碳加入装有25ml去离子水的三口圆底烧瓶中，氮气保护磁力搅拌30min，进行分散，后向该分散液加入1g吡咯并在0°C搅拌30min，随后将氧化剂10mlAPS溶液（含APS3.4g）逐滴加入上述混合液，于0°C下反应10h。所得产物用去离子水反复清洗，60°C下真空干燥24h可得到聚吡咯/石墨型氮化碳纳米复合材料。
所得聚吡咯/石墨型氮化碳纳米复合材料的红外光谱图谱如图4所示，聚吡咯/石墨型氮化碳纳米复合材料的特征吸收峰与纯PPy相似，石墨型氮化碳的加入，使来自于PPy的特征吸收峰1549 cm-1,1457 cm-1，1045 cm-1发生蓝移。
Claims (6)
1.一种聚吡咯/石墨型氮化碳纳米复合材料，其特征在于：所述复合材料由石墨型氮化碳和聚吡咯经复合后形成；所述聚吡咯是直径为200~300nm的亚微米球状，且分散沉积在石墨型氮化碳的表面或者插层于石墨型氮化碳的层中。
2.根据权利要求1所述的一种聚吡咯/石墨型氮化碳纳米复合材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一，将细化的石墨相氮化碳分散在含分散介质的反应器中，磁力搅拌30分钟，制备得石墨型氮化碳分散液；
步骤二，将吡咯逐滴加入所述石墨型氮化碳分散液中，磁力搅拌30分钟得混合溶液一；
步骤三，氮气保护磁力搅拌条件下，将配制好的氧化剂溶液逐滴加入至所述混合溶液一中得混合溶液二；
步骤四，所述混合溶液二在氮气保护磁力搅拌条件下持续反应10小时，所得产物用无水乙醇洗涤6次后真空干燥即得目标产物即聚吡咯/石墨型氮化碳纳米复合材料。
3.如权利要求2所述一种聚吡咯/石墨型氮化碳纳米复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤一中石墨型氮化碳分散液是以水为溶剂，把石墨型氮化碳分散在水中。
4.如权利要求2所述一种聚吡咯/石墨型氮化碳纳米复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤一到四都是在0°C条件下反应。
5.如权利要求2所述一种聚吡咯/石墨型氮化碳纳米复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤三中的氧化剂溶液是过硫酸盐。
6.如权利要求5所述的一种聚吡咯/石墨型氮化碳纳米复合材料的制备方法，其特征在于：所述过硫酸盐优选过硫酸铵。
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