磁性离子液体中导电聚合物/多壁碳纳米管复合材料的制备及性质研究

来源 :南京航空航天大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wangbp20021225
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导电聚合物是一类具有共轭结构的有机高分子,经过化学掺杂或者电化学掺杂后电导率可以从绝缘体扩展到半导体或者导体;其具有金属和半导体的导电性,又具有有机高分子质量轻、柔韧性好和易于加工的特点。本文以磁性离子液体(MIL)1-丁基-3-甲基咪唑四氯化铁盐([bmim]FeCl4)为溶剂和多壁碳纳米管(MWCNTs)的分散剂,因FeCl4-具有氧化性,也可同时作为氧化剂,成功制备了核壳结构性能改善的PEDOT/MWCNTs和PPy/MWCNTs纳米复合材料,该方法是一种大量制备导电聚合物/MWCNTs纳米复合材料的新方法,具有环境污染小,操作简单的特点。具体内容如下:(1)通过机械研磨使MWCNTs分散在[bmim]FeCl4中,形成[bmim]FeCl4/MWCNTs凝胶,起到了非共价功能化MWCNTs的作用。采用利用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和透射电子显微镜(TEM)对[bmim]FeCl4/MWCNTs凝胶的结构与形貌进行了表征。结果表明,MWCNTs表面吸附了一层[bmim]FeCl4,MWCNTs只是松散的缠绕,团聚得到了有效的抑制。(2)以磁性离子液体[bmim]FeCl4为介质,将多壁碳纳米管(MWCNTs)机械球磨分散在其中形成[bmim]FeCl4/MWCNTs凝胶后,加入乙撑二氧噻吩(EDOT)单体,利用阴离子FeCl4-的氧化性进行原位聚合,球磨法制备了不同MWCNTs含量的均匀包覆的PEDOT/MWCNTs纳米复合材料。FT-IR、UV-Vis、SEM和TEM对PEDOT/MWCNTs的结构与形貌进行了表征。在0.5 mol/L硫酸溶液中,用循环伏安测试研究了PEDOT/MWCNTs的电化学行为。采用四探针仪测定了PEDOT/MWCNTs的电导率,热重分析(TGA)研究了PEDOT/MWCNTs的热稳定性。结果表明,PEDOT纳米颗粒均匀包覆于MWCNTs表面,形成了核壳结构;PEDOT与MWCNTs之间的共轭作用随着MWCNTs含量的增加而增强。MWCNTs的质量分数为30%的PEDOT/MWCNTs的电导率达到7.46 S/cm,电化学活性最好。MWCNTs的质量分数为10%时,PEDOT/MWCNTs的热稳定性相对于PEDOT显著提高。其次,初步探讨了超声法制备PEDOT/MWCNTs纳米复合材料,FT-IR和SEM对PEDOT/MWCNTs的结构与形貌进行了表征,采用循环伏安法研究了复合材料的电化学性质。(3)磁性离子液体中机械球磨制备了不同MWCNTs含量的PPy/MWCNTs纳米复合材料。采用了FT-IR、UV-Vis、SEM、TEM等对复合材料的结构与形貌进行了表征;用四探针仪测定了复合材料的电导率;使用循环伏安法和恒电流充放电法研究了复合材料的电化学性质;TGA分析了复合材料的热稳定性。结果表明:球磨法成功制备了核壳结构的PPy/MWCNTs纳米复合材料;PPy/MWCNTs纳米复合材料的电导率较纯PPy有了很大提高;PPy/MWCNTs纳米复合材料具有良好的电化学活性,PPy/MWCNTs(20%MWCNTs)纳米复合材料具有最佳的电化学储能性质,其比电容可以达到186 F/g,较纯PPy有很大提高;TGA显示PPy/MWCNTs(20 %MWCNTs)纳米复合材料的热稳定性较纯PPy有一定提高。
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