专利名称：制备高纯度聚苯胺纳米线的复合电极及制备方法
技术领域：
本发明涉及一种制备高纯度聚苯胺纳米线的复合电极及制备方法，属于制备聚苯胺纳 米线材料的技术。
技术背景聚苯胺具有原料易得、合成方法简单、独特的质子酸掺杂行为、优良的电化学与光学 性能、结构多样性及良好的环境稳定性等优点。这些优异的特性使得聚苯胺在传感器、传 动器、电磁屏蔽、防静电涂层、金属防腐、气体分离膜、超大容量电容器及光电子器件等 领域的应用受到广泛的关注，被认为是最有希望在实际中得到应用的导电聚合物之一。近 年来，聚苯胺纳米线由于具有大的比表面积和优异的物理化学性质而引起研究者的极大关 注。苯胺在聚合初期易于形成纳米线，随着聚合的进行往往得到颗粒状的产物。因此，为 得到聚苯胺纳米线就必须控制苯胺聚合的进程或控制苯胺聚合的空间。目前，常用的制备 聚苯胺纳米线的技术包括化学聚合法(模板法和非模板法)和电化学聚合法。模板聚合法 的优点是当使用的模板合适时产品的产率较高，缺点是产品纯度低、得到纯纳米线的歩骤 繁杂。当使用非模板法(界面聚合法和快速混合法)时，得到的聚苯胺纳米线的纯度高， 纳米线的直径和长度可控，但产率低。电化学聚合法产率高，环境友好，但在聚合过程中 容易在电极表面首先形成一层聚苯胺颗粒，使得到的聚苯胺纳米线的纯度不高。因此开发 一种电化学制备高纯度聚苯胺纳米线的新技术是十分必要的。 发明内容本发明的目的在于提供一种制备高纯度聚苯胺纳米线的复合电极及制备方法，所述的 复合电极用于制备聚苯胺纳米线，纳米线纯度高，所述的复合电极制备过程简单。本发明是通过下述技术方案加以实现的 一种制备高纯度聚苯胺纳米线的复合电极， 该复合电极以不锈钢、钛、镍、钴、铝、铁、铜、石墨或玻璃碳为基体，其特征在于在基体的表面上复合厚度为5 150nm的聚砜、聚醚砜、聚酰亚胺或聚醚酰亚胺的薄膜。上述的复合电极的制备方法，其特征在于包括以下过程按照质量百分含量3~30%将聚砜、聚醚砜、聚酰亚胺或聚醚酰亚胺溶于N,N-二甲基乙 酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯垸酮、二甲基亚砜或间甲酚中，配制成均匀透明铸 膜液。铸膜液经静置脱泡后，均匀涂敷在不锈钢、钛、镍、钴、铝、铁、铜、石墨或玻璃 碳表面，之后将其迅速浸入到凝固浴中完成相转化，得到复合电极。本发明的优点在于所制备的复合电极用于制备聚苯胺纳米线，纳米线纯度高，直径为 30 300nrn，长度为500nm 5^m，该复合电极制备方法过程简单。
图1为以本发明实施例2制得的复合电极所制备的聚苯胺纳米线的扫描电镜照片。 图2为以本发明实施例18制得的复合电极所制备的聚苯胺纳米线的扫描电镜照片。图3为以不锈钢电极制备聚苯胺纳米线时得到的产物的扫描电境照片。 由图1和图2所见，采用本发明的复合电极制备聚苯胺纳米线，不存在聚苯胺颗粒，聚苯胺纳米线纯度高。而由图3可见，采用不锈钢电极制备的聚苯胺纳米线中存在聚苯胺颗粒。
具体实施方式
实施例l.将0.629g的聚砜溶解于6mL的N,N-二甲基乙酰胺中，得到含10%聚砜的N，N-二甲基乙酰胺溶液。然后在不锈钢电极表面涂膜，控制液膜厚度为5^1131。之后迅速将涂有聚砜的1^^-二甲基乙酰胺溶液的不锈钢电极浸入到凝固浴(水)中完成相转化，得到聚砜/不锈钢复 合电极。以聚砜/不锈钢复合电极为工作电极，以另一片不锈钢为对电极，在间距为1.5cm 的条件下，以0.25mol七"苯胺和1.00mol丄"硫酸为电解液，使用1.80V槽电压电解聚合40min 得到产物聚苯胺纳米线，聚苯胺纳米线纯度为100%。 实施例2.将1.415g的聚砜溶解于6mL的N,N-二甲基乙酰胺中，得到含20X聚砜的N，N-二甲基乙 酰胺溶液。然后在不锈钢电极表面涂膜，控制液膜厚度为100pm。之后迅速将涂有聚砜的 N，N-二甲基乙酰胺溶液的不锈钢电极浸入到凝固浴(水)中完成相转化，得到聚砜/不锈 钢复合电极。以聚砜/不锈钢复合电极为工作电极，以另一片不锈钢为对电极，在间距为 1.5cm的条件下，以0.25mol'L"苯胺和1.00mol七"硫酸为电解液，使用1.80V槽电压电解聚 合40min得到产物聚苯胺纳米线，聚苯胺纳米线纯度为100%。实施例3.将2.425g的聚砜溶解于6mL的N，N-二甲基乙酰胺中，得到含30%聚砜的N,N-二甲基乙 酰胺溶液。然后在不锈钢电极表面涂膜，控制液膜厚度为150nm。之后迅速将涂有聚砜的 N,N-二甲基乙酰胺溶液的不锈钢电极浸入到凝固浴(水)中完成相转化，得到聚砜/不锈 钢复合电极。以聚砜/不锈钢复合电极为工作电极，以另一片不锈钢为对电极，在间距为 1.5cm的条件下，以0.25mol丄"苯胺和1.00mol丄"硫酸为电解液，使用1.80V槽电压电解聚 合40min得到产物聚苯胺纳米线，聚苯胺纳米线纯度为100%。实施例4.将0.192g的聚砜溶解于6mL的间甲酚中，得到含3%聚砜的间甲酚溶液。然后在不锈钢 电极表面涂膜，控制液膜厚度为10(Vm。之后迅速将涂有聚砜的间甲酚溶液的不锈钢电极 浸入到凝固浴(水)中完成相转化，得到聚砜/不锈钢复合电极。以聚砜/不锈钢复合电极 为工作电极，以另一片不锈钢为对电极，在间距为1.5cm的条件下，以0.25mol丄"苯胺和 1.00mol丄"硫酸为电解液，使用1.80V槽电压电解聚合40min得到产物聚苯胺纳米线，聚苯 胺纳米线纯度为100%。实施例5.将0.300g的聚砜溶解于6mL的N，N-二甲基甲酰胺中，得到含5%聚砜的N,N-二甲基甲酰 胺溶液。然后在不锈钢电极表面涂膜，控制液膜厚度为10(Hmi。之后迅速将涂有聚砜的N，N-二甲基甲酰胺溶液的不锈钢电极浸入到凝固浴(水)中完成相转化，得到聚砜/不锈钢复 合电极。以聚砜/不锈钢复合电极为工作电极，以另一片不锈钢为对电极，在间距为1.5cm 的条件下，以0.25mol'L"苯胺和1.00mol七"硫酸为电解液，使用1.80V槽电压电解聚合40min 得到产物聚苯胺纳米线，聚苯胺纳米线纯度为100%。实施例6.将0.731g的聚砜溶解于6mL的二甲基亚砜中，得到含10%聚砜的二甲基亚砜溶液。然 后在不锈钢电极表面涂膜，控制液膜厚度为100jxm。之后迅速将涂有聚砜的二甲基亚砜溶 液的不锈钢电极浸入到凝固浴(水)中完成相转化，得到聚砜/不锈钢复合电极。以聚砜/ 不锈钢复合电极为工作电极，以另一片不锈钢为对电极，在间距为1.5cm的条件下，以 0.25mol丄"苯胺和1.00mol七"硫酸为电解液，使用1.80V槽电压电解聚合40min得到产物聚 苯胺纳米线，聚苯胺纳米线纯度为100%。实施例7.将1.086g的聚砜溶解于6mL的N-甲基吡咯烷酮中，得到含15X聚砜的N-甲基吡咯烷酮 溶液。然后在不锈钢电极表面涂膜，控制液膜厚度为10(Him。之后迅速将涂有聚砜的N-甲 基吡咯垸酮溶液的不锈钢电极浸入到凝固浴(水)中完成相转化，得到聚砜/不锈钢复合 电极。以聚砜/不锈钢复合电极为工作电极，以另一片不锈钢为对电极，在间距为1.5cm的 条件下，以0.25mol七"苯胺和1.0Omol丄"硫酸为电解液，使用1.80V槽电压电解聚合40min 得到产物聚苯胺纳米线，聚苯胺纳米线纯度为100%。实施例8.将0.629g的聚醚砜溶解于6mL的N，N-二甲基乙酰胺中，得到含10X聚醚砜的N,N-二甲 基乙酰胺溶液。然后在不锈钢电极表面涂膜，控制液膜厚度为10(Hun。之后迅速将涂有聚 醚砜的N，N-二甲基乙酰胺溶液的不锈钢电极浸入到凝固浴(水)中完成相转化，得到聚醚 砜/不锈钢复合电极。以聚醚砜/不锈钢复合电极为工作电极，以另一片不锈钢为对电极， 在间距为1.5cm的条件下，以0.25mol'L"苯胺和1.00mol'L"硫酸为电解液，使用1.80V槽电 压电解聚合40min得到产物聚苯胺纳米线，聚苯胺纳米线纯度为100%。实施例9.将0.629g的聚酰亚胺溶解于6mL的N,N-二甲基乙酰胺中，得到含10%聚酰亚胺的N，N-二甲基乙酰胺溶液。然后在不锈钢电极表面涂膜，控制液膜厚度为10(Hmi。之后迅速将涂 有聚酰亚胺的N,N-二甲基乙酰胺溶液的不锈钢电极浸入到凝固浴(水)中完成相转化，得 到聚酰亚胺/不锈钢复合电极。以聚酰亚胺/不锈钢复合电极为工作电极，以另一片不锈钢 为对电极，在间距为1.5cm的条件下，以0.25mol丄"苯胺和1.00mol丄"硫酸为电解液，使用 1.80V槽电压电解聚合40min得到产物聚苯胺纳米线，聚苯胺纳米线纯度为100%。5实施例IO.将0.629g的聚醚酰亚胺溶解于6mL的N，N-二甲基乙酰胺中，得到含10%聚醚酰亚胺的 N,N-二甲基乙酰胺溶液。然后在不锈钢电极表面涂膜，控制液膜厚度为100nm。之后迅速 将涂有聚醚酰亚胺的N，N-二甲基乙酰胺溶液的不锈钢电极浸入到凝固浴(水)中完成相转 化，得到聚醚酰亚胺/不锈钢复合电极。以聚醚酰亚胺/不锈钢复合电极为工作电极，以另 一片不锈钢为对电极，在间距为1.5cm的条件下，以0.25mol乇"苯胺和1.00mol丄"硫酸为电 解液，使用1.80V槽电压电解聚合40min得到产物聚苯胺纳米线，聚苯胺纳米线纯度为IOO %。实施例U.将0.629g的聚砜溶解于6mL的N，N-二甲基乙酰胺中，得到含10%聚砜的N,N-二甲基乙 酰胺溶液。然后在钛电极表面涂膜，控制液膜厚度为100pm。之后迅速将涂有聚砜的N，N-二甲基乙酰胺溶液的钛电极浸入到凝固浴(水)中完成相转化，得到聚砜/钛复合电极。 以聚砜/钛复合电极为工作电极，以另一片不锈钢为对电极，在间距为1.5cm的条件下，以 0.25mol丄"苯胺和1.00mol丄"硫酸为电解液，使用1.80V槽电压电解聚合40min得到产物聚 苯胺纳米线，聚苯胺纳米线纯度为100%。实施例12.将0.629g的聚砜溶解于6mL的N,N-二甲基乙酰胺中，得到含10X聚砜的N，N-二甲基乙 酰胺溶液。然后在镍电极表面涂膜，控制液膜厚度为10(Vm。之后迅速将涂有聚砜的N，N-二甲基乙酰胺溶液的镍电极浸入到凝固浴(水)中完成相转化，得到聚砜/镍复合电极。 以聚砜/镍复合电极为工作电极，以另一片不锈钢为对电极，在间距为1.5cm的条件下，以 0.25mol'L"苯胺和1.00mol七"硫酸为电解液，使用1.80V槽电压电解聚合40min得到产物聚 苯胺纳米线，聚苯胺纳米线纯度为100%。实施例13.将0.629g的聚砜溶解于6mL的N，N-二甲基乙酰胺中，得到含10%聚砜的N，N-二甲基乙 酰胺溶液。然后在钴电极表面涂膜，控制液膜厚度为100^im。之后迅速将涂有聚砜的N,N-二甲基乙酰胺溶液的钴电极浸入到凝固浴(水)中完成相转化，得到聚砜/钴复合电极。 以聚砜/钴复合电极为工作电极，以另一片不锈钢为对电极，在间距为1.5cm的条件下，以 0.25mol丄"苯胺和1.00mol丄"硫酸为电解液，使用1.80V槽电压电解聚合40min得到产物聚 苯胺纳米线，聚苯胺纳米线纯度为100%。实施例14.将0.629g的聚砜溶解于6mL的N，N-二甲基乙酰胺中，得到含10%聚砜的N，N-二甲基乙 酰胺溶液。然后在铝电极表面涂膜，控制液膜厚度为100nm。之后迅速将涂有聚砜的N,N-二甲基乙酰胺溶液的铝电极浸入到凝固浴(水)中完成相转化，得到聚砜/铝复合电极。 以聚砜/铝复合电极为工作电极，以另一片不锈钢为对电极，在间距为1.5cm的条件下，以0.25mol七"苯胺和1.00mol丄"硫酸为电解液，使用1.80V槽电压电解聚合40min得到产物聚 苯胺纳米线，聚苯胺纳米线纯度为100%。 实施例15:将0.629g的聚砜溶解于6mL的N，N-二甲基乙酰胺中，得到含10%聚砜的N,N-二甲基乙 酰胺溶液。然后在铁电极表面涂膜，控制液膜厚度为100pm。之后迅速将涂有聚砜的N，N-二甲基乙酰胺溶液的铁电极浸入到凝固浴(水)中完成相转化，得到聚砜/铁复合电极。 以聚砜/铁复合电极为工作电极，以另一片不锈钢为对电极，在间距为1.5cm的条件下，以 0.25mol丄"苯胺和1.00mol七"硫酸为电解液，使用1.80V槽电压电解聚合40min得到产物聚 苯胺纳米线，聚苯胺纳米线纯度为100%。实施例16.将0.629g的聚砜溶解于6mL的N，N-二甲基乙酰胺中，得到含10W聚砜的N,N-二甲基乙 酰胺溶液。然后在铜电极表面涂膜，控制液膜厚度为100pm。之后迅速将涂有聚砜的N,N-二甲基乙酰胺溶液的铜电极浸入到凝固浴(水)中完成相转化，得到聚砜/铜复合电极。 以聚砜/铜复合电极为工作电极，以另一片不锈钢为对电极，在间距为1.5cm的条件下，以 0.25mol七"苯胺和1.0Omol丄"硫酸为电解液，使用1.80V槽电压电解聚合40min得到产物聚 苯胺纳米线，聚苯胺纳米线纯度为100%。实施例17.将0.629g的聚砜溶解于6mL的N，N-二甲基乙酰胺中，得到含10^聚砜的N,N-二甲基乙 酰胺溶液。然后在石墨电极表面涂膜，控制液膜厚度为10(Hun。之后迅速将涂有聚砜的N,N-二甲基乙酰胺溶液的石墨电极浸入到凝固浴(水)中完成相转化，得到聚砜/石墨复合电 极。以聚砜/石墨复合电极为工作电极，以另一片不锈钢为对电极，在间距为1.5cm的条件 下，以0.25mol七"苯胺和1.00mol七"硫酸为电解液，使用1.80V槽电压电解聚合40min得到 产物聚苯胺纳米线，聚苯胺纳米线纯度为100%。实施例18.将0.629g的聚砜溶解于6mL的N，N-二甲基乙酰胺中，得到含10%聚砜的N,N-二甲基乙 酰胺溶液。然后在玻璃碳电极表面涂膜，控制液膜厚度为10(Hun。之后迅速将涂有聚砜的 N，N-二甲基乙酰胺溶液的玻璃碳电极浸入到凝固浴(水)中完成相转化，得到聚砜/玻璃 碳复合电极。以聚砜/玻璃碳复合电极为工作电极，以另一片不锈钢为对电极，在间距为 1.5cm的条件下，以0.25mol七"苯胺和1 .OOmol丄"硫酸为电解液，使用1.80V槽电压电解聚 合40min得到产物聚苯胺纳米线，聚苯胺纳米线纯度为100% 。
权利要求
1. 一种制备高纯度聚苯胺纳米线的复合电极，该复合电极以不锈钢、钛、镍、钴、铝、铁、铜、石墨或玻璃碳为基体，其特征在于在基体的表面上复合厚度为5～150μm的聚砜、聚醚砜、聚酰亚胺或聚醚酰亚胺的薄膜。
2. —种按权利要求l所述的制备高纯度聚苯胺纳米线的复合电极的制备方 法，其特征在于包括以下过程按照质量百分含量3~30%将聚砜、聚醚砜、聚酰 亚胺或聚醚酰亚胺溶于N,N-二甲基乙酰胺、N，N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯垸 酮、二甲基亚砜或间甲酚中，配制成均匀透明铸膜液，铸膜液经静置脱泡后，均 匀涂敷在不锈钢、钛、镍、钴、铝、铁、铜、石墨或玻璃碳表面，之后将其迅速 浸入到凝固浴中完成相转化，得到制备高纯度聚苯胺纳米线的复合电极。
全文摘要
本发明公开了一种制备高纯度聚苯胺纳米线的复合电极及制备方法，属于制备聚苯胺纳米线材料的技术。所述的复合电极其基体为不锈钢、钛、镍、钴、铝、铁、铜、石墨或玻璃碳，基体上复合聚砜、聚醚砜、聚酰亚胺或聚醚酰亚胺的薄膜。所述的制备方法将聚砜、聚醚砜、聚酰亚胺或聚醚酰亚胺溶于N，N-二甲基乙酰胺、N，N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜或间甲酚中，配制成均匀透明铸膜液，涂敷在基体电极表面，之后迅速浸入到凝固浴中完成相转化，得到复合电极。本发明的优点在于使用该复合电极为工作电极制备聚苯胺纳米线，解决了在聚苯胺纳米线中存在聚苯胺颗粒的问题，提高了聚苯胺纳米线的纯度。
文档编号H01G13/00GK101250714SQ20081005252
公开日2008年8月27日 申请日期2008年3月26日 优先权日2008年3月26日
发明者张海滨, 李寒露, 志 王, 王世昌, 王纪孝, 褚青献 申请人:天津大学