一种聚苯胺-二氧化钛纳米管阵列复合电极的制备方法与流程

1.本发明涉及电化学领域，尤其涉及一种用于静电杀毒的聚苯胺-二氧化钛纳米管阵列复合电极的制备方法。


背景技术：

2.静电杀毒是近几年兴起的适用于人员长时间聚集空间的空气消毒方法。主要包含静电吸附和负离子消毒等两个过程。该过程需要两个电极。孔令杰等报道了一种杀菌消毒除臭氧静电吸附电极及其制备方法([专利]发明专利cn202010728422.6)，该方法需要两个电极——静电集尘电极和放电电极，分别实现吸附和杀毒的功能。
[0003]
超级电容器是新一代的能源装置，它不仅具有比电池更高的功率密度和比传统介电电容器更高的能量密度，而且可以弥补传统介电电容器与电池/燃料电池之间的缺口。超级电容器的性能与其电极密切相关，聚苯胺是一种制备超级电容器电极的赝电容材料，它的优点是导电率较高，缺点是在充放电过程中显示出较弱的电化学稳定性和循环稳定性。为了改善聚苯胺的性能，通常将它与其它材料复合。tio2纳米管阵列是一种理想的聚苯胺载体。
[0004]
二氧化钛具有化学稳定性好、低花费、低毒性、自然资源丰富、对环境伤害较小等优点，采用阳极氧化法制备的高度有序排列的tio2纳米管阵列具有较大的比表面积，而且tio2纳米管阵列与金属基底紧密结合，金属基底可以直接用作集流体，既可以简化电极的制备工艺，又能够提高活性材料的利用率，所以tio2纳米管阵列的电化学活性优异。但是tio2纳米管阵列的缺点是导电性差，电化学活性低。将多孔聚苯胺负载于tio2纳米管阵列表面，可以很好地改善聚苯胺的电化学稳定性和机械稳定性，从而获得较大的电容和长期的充放电循环稳定性；另一方面，聚苯胺也改善了tio2纳米管阵列的导电性。


技术实现要素：

[0005]
发明目的：本发明针对上述不足，提出了一种用于静电杀毒的聚苯胺-二氧化钛纳米管阵列复合电极的制备方法，形成纳米管簇，加强纳米管与基底的结合力，且形成的纳米管更加规整。
[0006]
技术方案：
[0007]
一种聚苯胺-二氧化钛纳米管阵列复合电极的制备方法，包括步骤：
[0008]
(1)对钛片进行阳极氧化得到二氧化钛纳米管阵列；
[0009]
(2)通过聚合反应制备聚苯胺溶液；
[0010]
(3)通过浸渍提拉镀膜将聚苯胺溶液负载于二氧化钛纳米管阵列表面，并干燥后得到聚苯胺-二氧化钛纳米管阵列复合电极。
[0011]
所述步骤(1)之前还包括前处理步骤：将钛片置于硝酸：盐酸：水＝1：2：2的抛光液中抛光20s，取出用去离子水洗净，晾干，去除钛片表面的氧化层。
[0012]
所述步骤(1)中，对钛片进行阳极氧化得到二氧化钛纳米管阵列具体为：
[0013]
将质量百分浓度为2～5％的氟化铵和2％的水加入甘油溶液中，然后放入经前处理的钛片，在80～120ma/cm2的条件下恒流阳极氧化30min，阳极氧化反应的阴极为与前述相同大小的经前处理的的钛片。
[0014]
所述步骤(1)中，对钛片进行阳极氧化得到二氧化钛纳米管阵列具体为：
[0015]
将经去除氧化膜的钛片放入含质量百分浓度2～5％的氟化铵、1％的磷酸及2％的水的甘油溶液中，在30～60ma/cm2的条件下恒流阳极氧化1～2h；将经阳极氧化后的钛片取出，用去离子水洗净。
[0016]
所述步骤(1)还包括后处理步骤：将经阳极氧化后的钛片取出，用去离子水洗净，通过超声波清洗10min去除氧化膜；在350℃下灼烧3h，得到二氧化钛纳米管阵列。
[0017]
所述步骤(2)通过聚合反应制备聚苯胺溶液具体如下：
[0018]
(21)配制1.0mol/l的盐酸溶液或磷酸溶液，称取15g的过硫酸铵(aps)加入到200ml、1.0mol/l的盐酸溶液或磷酸溶液中搅拌均匀得到溶液a，放置在冰箱中以0～5℃的温度预冷20分钟；
[0019]
(22)将4ml苯胺加入到800ml、1.0mol/l的盐酸溶液或磷酸溶液中连续搅拌30min得到溶液b；
[0020]
(23)将溶液a滴加到溶液b中，滴加速度为3～5s一滴，滴加完毕后将得到的溶液放到磁力搅拌器上搅拌6～12h得到聚苯胺溶液。
[0021]
所述步骤(3)中浸渍提拉镀膜具体为：将步骤(1)得到的二氧化钛纳米管阵列在步骤(2)得到的聚苯胺溶液中进行浸渍提拉，速度为10～50μm/min，次数为10～50次。
[0022]
所述步骤(3)中干燥具体为：将经浸渍提拉镀膜后的二氧化钛纳米管阵列在70℃下干燥12h，即得到最终的二氧化钛纳米管阵列复合电极。
[0023]
有益效果：本发明的制备方法可以形成纳米管簇，加强纳米管与基底的结合力，且形成的纳米管更加规整；且制备的纳米管阵列复合电极可以很好地改善聚苯胺的电化学稳定性和机械稳定性，从而获得较大的电容和长期的充放电循环稳定性，也可以改善tio2纳米管阵列的导电性。
附图说明
[0024]
图1为本发明的流程图。
[0025]
图2为采用本发明的制备方法制备得到的聚苯胺-二氧化钛纳米管阵列复合电极的表面形貌。
[0026]
图3为图2的局部放大图，其中图3(a)和图3(b)分别表示图2的不同分辨率下的局部放大图。
具体实施方式
[0027]
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明。
[0028]
本发明的聚苯胺-二氧化钛纳米管阵列复合电极的制备方法，包括如下步骤：
[0029]
(1)将钛片置于硝酸：盐酸：水＝1：2：2的抛光液中抛光20s，取出用去离子水洗净，晾干；以去除钛片表面的氧化层；
[0030]
(2)将质量百分浓度为2～5％的氟化铵和2％的水加入甘油溶液中，然后放入经步
骤(1)处理过的钛片，在80～120ma/cm2的条件下恒流阳极氧化30min，阳极氧化反应的阴极为与前述相同大小的经步骤(1)处理过的的钛片；
[0031]
本发明中，该步骤的阳极氧化还可以采用如下：将经步骤(1)去除氧化膜的钛片放入含质量百分浓度2～5％的氟化铵、1％的磷酸及2％的水的甘油溶液中，在30～60ma/cm2的条件下恒流阳极氧化1～2h；将经阳极氧化后的钛片取出，用去离子水洗净；
[0032]
(3)将经步骤(2)阳极氧化后的钛片取出，用去离子水洗净，然后通过超声波清洗10min将氧化膜去除，这样使制备的纳米管更规整。
[0033]
(4)将步骤(3)得到的样品在350℃下灼烧3h，得到灼烧后的样品，即为二氧化钛纳米管阵列；将无定型氧化钛转化为锐钛矿型，这样才导电，才有电化学活性；
[0034]
(5)聚苯胺溶液的制备；
[0035]
(51)配制1.0mol/l的盐酸溶液，称取15g的过硫酸铵(aps)加入到200ml、1.0mol/l的盐酸溶液中搅拌均匀得到溶液a，放置在冰箱中以0～5℃的温度预冷20分钟；
[0036]
(52)将4ml苯胺加入到800ml、1.0mol/l的盐酸溶液中连续搅拌30min得到溶液b；
[0037]
(53)将溶液a缓慢滴加到溶液b中，滴加速度为3～5s一滴，滴加完毕后将得到的溶液放到磁力搅拌器上搅拌6～12h；
[0038]
在本发明中，可以将盐酸溶液替换为磷酸溶液；
[0039]
(6)浸渍提拉镀膜；将步骤(4)得到的二氧化钛纳米管阵列在步骤(5)得到的聚苯胺溶液中进行浸渍提拉，速度为10～50μm/min，次数为10～50次；在本发明中，浸渍提拉的速度和次数根据实际需求设定；
[0040]
(7)将经步骤(6)浸渍提拉镀膜后的二氧化钛纳米管阵列在70℃下干燥12h，即得到最终的二氧化钛纳米管阵列复合电极；在本发明中，该步骤中干燥的温度和时间根据实际需求设定。
[0041]
本发明首先通过阳极氧化反应制备出二氧化钛纳米管阵列，并在350℃下灼烧；然后通过聚合反应制备出聚苯胺溶液，再通过浸渍提拉镀膜将聚苯胺溶液负载于二氧化钛纳米管阵列表面，再干燥后得到聚苯胺-二氧化钛纳米管阵列复合电极。
[0042]
图2和图3分别为采用本发明的制备方法制备得到的聚苯胺-二氧化钛纳米管阵列复合电极的表面形貌和相应分辨率的局部放大图，如图2、3所示，通过本发明的制备方法制备得到的聚苯胺-二氧化钛纳米管阵列复合电极形成的纳米管更加规整、排列整齐。
[0043]
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换(如数量、形状、位置等)，这些等同变换均属于本发明的保护范围。