CN110551393A - 一种导电高分子/氧化石墨烯复合材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种导电高分子/氧化石墨烯复合材料的制备方法，该制备方法通过静态气液界面反应，使苯胺单体与吡咯单体的聚合反应与三维结构的组装同时进行，进而使带负电官能团的氧化石墨烯与带正电的聚苯胺与聚吡咯高分子链掺杂，自组装得到具有三维结构的导电高分子/氧化石墨烯复合材料，在制备过程中氧化石墨烯所含的含氧官能团不易被破坏，且相对于传统的湿化学方法与电化学方法，本发明的合成速度适中，不会发生剧烈反应，而与水热合成方法相比，本发明制备方法温和，操作便利安全，可实现工业化批量生产，而且有着良好的应用前景。

Description

一种导电高分子/氧化石墨烯复合材料的制备方法
技术领域
本发明涉及复合材料与高分子化学技术领域，特别涉及一种导电高分子/氧化石墨烯复合材料的制备方法。
背景技术
导电高分子中的聚苯胺和聚吡咯具有良好的氧化还原可逆性、易于合成、价格低廉以其稳定性等优点，已经被广泛应用于电化学防腐材料、电极材料、传感器、光电器件、电催化等领域。它们的合成方法主要分为湿化学方法与电化学方法，通常湿化学方法得到导电高分子粉末，合成得到的粉末产物需要进行离心或者过滤才能被分离出来，受到较多的限制；而电化学方法一般可制备导电高分子薄膜。
氧化石墨烯作为石墨烯的一种重要衍生物，分子结构上含有大量的含氧官能团，可以与其他材料进行复合，而且通过高温高压的水热合成方法，可以将氧化石墨烯与许多材料进行复合，并将氧化石墨烯还原得到还原性氧化石墨烯，最终得到具有三维结构的复合材料。但是水热合成方法需要高温高压，耗能较大，而且在反应过程中破坏了氧化石墨烯所含的含氧官能团。
传统的制备具有三维结构复合材料的方法已经很难制备出令人满意的产品，需要一种更为简单、高效、安全的合成方法以满足需求。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种导电高分子/氧化石墨烯复合材料的制备方法，以解决现有氧化石墨烯复合材料制备过程中氧化石墨烯所含的含氧官能团容易被破坏，且合成条件苛刻、合成工艺复杂的问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种导电高分子/氧化石墨烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
1)将三氯化铁溶于氧化石墨烯水溶液，超声分散，得到三氯化铁/氧化石墨烯混合水溶液；
2)分别取苯胺单体、吡咯单体盛放在不同容器中，并与所述三氯化铁/氧化石墨烯混合水溶液共同放置于同一密闭空间内；
3)将所述密闭空间空气抽出，形成真空，进行气/液界面合成，得到具有三维结构的导电高分子/氧化石墨烯复合材料。
可选地，所述步骤1)中所述氧化石墨烯水溶液的浓度为1～10mg/mL，所述三氯化铁的质量为0.005～5g。
可选地，所述步骤1)中所述超声分散的分散时间为5～100min。
可选地，所述步骤2)中所述苯胺单体和所述吡咯单体的体积比为0.5∶1～10∶1。
可选地，所述步骤2)中所述三氯化铁/氧化石墨烯混合水溶液位于所述苯胺单体和所述吡咯单体的中间。
可选地，所述步骤2)中所述三氯化铁/氧化石墨烯混合水溶液与所述苯胺单体的距离为2～15cm，所述三氯化铁/氧化石墨烯混合水溶液与所述吡咯单体的距离为2～15cm。
可选地，所述步骤3)中所述气/液界面合成的合成时间为5～700min。
可选地，所述步骤3)中所述导电高分子/氧化石墨烯复合材料的厚度为0.05～3cm。
本发明的所述的导电高分子/氧化石墨烯复合材料的合成原理：
本发明先将三氯化铁与氧化石墨烯混合，在真空条件下，苯胺、吡咯单体会挥发到混合液表层，通过三价铁离子氧化引发苯胺单体与吡咯单体的聚合，同时，由于氧化石墨烯具有大量的羧基基团，参与聚苯胺与聚吡咯的合成过程，对带正电的聚苯胺与聚吡咯高分子链进行掺杂，通过静态气液界面反应，自组装得到具有三维结构的导电高分子/氧化石墨烯复合材料。
相对于现有技术，本发明所述的导电高分子/氧化石墨烯复合材料的制备方法具有以下优势：
1、本发明通过静态气液界面反应，使苯胺单体与吡咯单体的聚合反应与三维结构的组装同时进行，进而使带负电官能团的氧化石墨烯与带正电的聚苯胺与聚吡咯高分子链掺杂，自组装得到具有三维结构的导电高分子/氧化石墨烯复合材料，在制备过程中氧化石墨烯所含的含氧官能团不易被破坏，且相对于传统的湿化学方法与电化学方法，本发明的合成速度适中，不会发生剧烈反应，而与水热合成方法相比，本发明制备方法温和，操作便利安全，可实现工业化批量生产，而且有着良好的应用前景。
2、本发明原料来源广泛，价格低廉，使其制备成本较低，且本发明制备工艺简单，有利于进一步促进其工业化批量生产。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例1的导电高分子/氧化石墨烯复合材料的实物图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将结合附图和实施例来详细说明本发明。
实施例1
本实施例的导电高分子/氧化石墨烯复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：
1)取0.5g三氯化铁固体溶解于浓度为6mg/mL的氧化石墨烯水溶液中，超声搅拌20mim使二者混合均匀，得到三氯化铁/氧化石墨烯混合水溶液；
2)分别取0.005mL苯胺单体、0.01mL吡咯单体盛放在不同容器中，与上述三氯化铁/氧化石墨烯混合水溶液共同放置于同一密闭空间内，其中，三氯化铁/氧化石墨烯混合水溶液与两种单体的距离均为4cm，且三氯化铁/氧化石墨烯混合水溶液位于两种单体中间；
3)将密闭空间空气抽出，形成真空，进行气/液界面合成，其中合成时间为200min，得到厚度为0.5cm的具有三维结构的导电高分子/氧化石墨烯复合材料,其实物照片如图1所示。
实施例2
本实施例的导电高分子/氧化石墨烯复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：
1)取1g三氯化铁固体溶解于浓度为10mg/mL的氧化石墨烯水溶液中，超声搅拌40mim使二者混合均匀，得到三氯化铁/氧化石墨烯混合水溶液；
2)分别取0.01mL苯胺单体、0.01mL吡咯单体盛放在不同容器中，与上述三氯化铁/氧化石墨烯混合水溶液共同放置于同一密闭空间内，其中，三氯化铁/氧化石墨烯混合水溶液与两种单体的距离为6cm，且三氯化铁/氧化石墨烯混合水溶液位于两种单体中间；
3)将密闭空间空气抽出，形成真空，进行气/液界面合成反应300min，得到厚度为1cm的具有三维结构的导电高分子/氧化石墨烯复合材料。
实施例3
本实施例的导电高分子/氧化石墨烯复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：
1)取1.5g三氯化铁固体溶解于浓度为8mg/mL的氧化石墨烯水溶液中，超声搅拌60mim使二者混合均匀，得到三氯化铁/氧化石墨烯混合水溶液；
2)分别取0.05mL苯胺单体、0.1mL吡咯单体盛放在不同容器中，与上述三氯化铁/氧化石墨烯混合水溶液共同放置于同一密闭空间内，其中，三氯化铁/氧化石墨烯混合水溶液与两种单体的距离为8cm，且三氯化铁/氧化石墨烯混合水溶液位于两种单体中间；
3)将密闭空间空气抽出，形成真空，进行气/液界面合成反应400min，得到厚度为1.5cm的具有三维结构的导电高分子/氧化石墨烯复合材料。
实施例4
本实施例的导电高分子/氧化石墨烯复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：
1)取3g三氯化铁固体溶解于浓度为10mg/mL的氧化石墨烯水溶液中，超声搅拌80mim使二者混合均匀，得到三氯化铁/氧化石墨烯混合水溶液；
2)分别取1mL苯胺单体、0.1mL吡咯单体盛放在不同容器中，与上述三氯化铁/氧化石墨烯混合水溶液共同放置于同一密闭空间内，其中，三氯化铁/氧化石墨烯混合水溶液与两种单体的距离为10cm，且三氯化铁/氧化石墨烯混合水溶液位于两种单体中间；
3)将密闭空间空气抽出，形成真空，进行气/液界面合成反应600min，得到厚度为2.2cm的具有三维结构的导电高分子/氧化石墨烯复合材料。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种导电高分子/氧化石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将三氯化铁溶于氧化石墨烯水溶液，超声分散，得到三氯化铁/氧化石墨烯混合水溶液；
2)分别取苯胺单体、吡咯单体盛放在不同容器中，并与所述三氯化铁/氧化石墨烯混合水溶液共同放置于同一密闭空间内；
3)将所述密闭空间空气抽出，形成真空，进行气/液界面合成，得到具有三维结构的导电高分子/氧化石墨烯复合材料。
2.根据权利要求1所述的导电高分子/氧化石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中所述氧化石墨烯水溶液的浓度为1～10mg/mL，所述三氯化铁的质量为0.005～5g。
3.根据权利要求1所述的导电高分子/氧化石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中所述超声分散的分散时间为5～100min。
4.根据权利要求1所述的导电高分子/氧化石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中所述苯胺单体和所述吡咯单体的体积比为0.5∶1～10∶1。
5.根据权利要求1所述的导电高分子/氧化石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中所述三氯化铁/氧化石墨烯混合水溶液位于所述苯胺单体和所述吡咯单体的中间。
6.根据权利要求5所述的导电高分子/氧化石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中所述三氯化铁/氧化石墨烯混合水溶液与所述苯胺单体的距离为2～15cm，所述三氯化铁/氧化石墨烯混合水溶液与所述吡咯单体的距离为2～15cm。
7.根据权利要求1所述的导电高分子/氧化石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中所述气/液界面合成的合成时间为5～700min。
8.根据权利要求1所述的导电高分子/氧化石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中所述导电高分子/氧化石墨烯复合材料的厚度为0.05～3cm。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111508721A (zh) * 2020-04-24 2020-08-07 刘庆信 一种石墨烯修饰苯胺-吡咯共聚物的电极材料及其制法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10182800A (ja) * 1996-12-20 1998-07-07 Polymertech Kk 導電性高分子薄膜の製造方法
CN101781459A (zh) * 2010-02-04 2010-07-21 南京理工大学 一种石墨烯/聚苯胺导电复合材料及其制备方法
CN105461948A (zh) * 2015-11-23 2016-04-06 南京航空航天大学 一种导电高分子非共价修饰石墨烯改性电动能转换聚合物材料的方法
CN105482138A (zh) * 2016-01-15 2016-04-13 电子科技大学 一种导电聚合物复合纳米薄膜材料的制备方法
CN105860065A (zh) * 2016-04-22 2016-08-17 华东理工大学 一种防腐用的石墨烯/导电聚吡咯复合薄膜的制备方法
CN106128799A (zh) * 2016-07-15 2016-11-16 武汉工程大学 一种基于石墨烯/聚吡咯纳米管复合薄膜超级电容器的制备方法
CN108155289A (zh) * 2017-12-25 2018-06-12 武汉工程大学 基于氧化石墨烯/聚苯胺/金纳米粒子复合材料的存储器件及其制备方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10182800A (ja) * 1996-12-20 1998-07-07 Polymertech Kk 導電性高分子薄膜の製造方法
CN101781459A (zh) * 2010-02-04 2010-07-21 南京理工大学 一种石墨烯/聚苯胺导电复合材料及其制备方法
CN105461948A (zh) * 2015-11-23 2016-04-06 南京航空航天大学 一种导电高分子非共价修饰石墨烯改性电动能转换聚合物材料的方法
CN105482138A (zh) * 2016-01-15 2016-04-13 电子科技大学 一种导电聚合物复合纳米薄膜材料的制备方法
CN105860065A (zh) * 2016-04-22 2016-08-17 华东理工大学 一种防腐用的石墨烯/导电聚吡咯复合薄膜的制备方法
CN106128799A (zh) * 2016-07-15 2016-11-16 武汉工程大学 一种基于石墨烯/聚吡咯纳米管复合薄膜超级电容器的制备方法
CN108155289A (zh) * 2017-12-25 2018-06-12 武汉工程大学 基于氧化石墨烯/聚苯胺/金纳米粒子复合材料的存储器件及其制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
YU XIANGHUA等: "Fabrication of 3D Polypyrrole/Graphene Oxide Composite Hydrogels with High Performance Swelling Properties", 《J INORG ORGANOMET POLYM》 *
ZHU JIAHUA等: "Interfacial polymerized polyaniline/graphite oxide nanocomposites toward electrochemical energy storage,", 《POLYMER》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111508721A (zh) * 2020-04-24 2020-08-07 刘庆信 一种石墨烯修饰苯胺-吡咯共聚物的电极材料及其制法

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