一種鐵‑MOF‑聚苯胺複合材料及其製備方法和應用與流程

2024-04-01 18:13:05 2

本發明屬於導電聚合物領域，特別涉及一種鐵-mof-聚苯胺複合材料及其製備方法和應用。

背景技術：

隨著科技發展與社會進步，可攜式電子器件開始逐漸走入人們的生活，對這類器件的研究也成為了科研領域的熱點。而可攜式電子元件的儲能系統是一個關鍵問題，因此發展輕量化的儲能器件成了目前研究的重要部分。導電聚合物是較為經典的贗電容材料，由於其比電容較高、可發生快速可逆的氧化還原反應、無毒無害、對環境友好、價格低廉、儲量豐富的優點，現已成為研究的熱點領域。目前對於導電聚合物的電容性的研究大多集中在以下兩點：合成具有不同形貌的導電聚合物材料，然後通過改變摻雜離子的類別，不同電沉積的溫度、電壓、電解液濃度等條件進一步提高材料的質量比電容。關於利用導電聚合物的優良性能將其製備成電極材料的研究卻相對甚少。近些年來，與導電聚合物製備電極相關的研究均落腳於複合電極的製備上。通常方法是把導電聚合物與高導電性、高穩定性的碳材料或貴金屬薄膜結合起來。然而碳膜和貴金屬薄膜的製備工藝複雜，且製備成本很高。這些因素都阻礙了此類聚合物基電極的批量化使用。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是提供一種鐵-mof-聚苯胺複合材料及其製備方法和應用，該製備方法簡單，易於操作，環保，製備得到的鐵-mof-聚苯胺複合材料具有較好的電容性能。

本發明的一種鐵-mof-聚苯胺複合材料，具有鐵-mof和苯胺兩種單體，以鐵-mof作為前驅體，在鐵-mof內部吸附苯胺。

本發明的一種鐵-mof-聚苯胺複合材料的製備方法，具體步驟如下：

(1)將對苯二甲酸和硝酸鐵分別溶解於溶劑一中，將兩種溶液混合均勻，回流，加入溶劑二，離心，乾燥，得到鐵-mof前驅體，其中對苯二甲酸與硝酸鐵的質量比為1:1-1:3，對苯二甲酸與溶劑二的比為100mg:10ml-500mg:60ml；

(2)將苯胺溶解在溶劑中形成苯胺溶液，取步驟(1)中的鐵-mof前驅體浸泡在苯胺溶液中，聚合反應，得到鐵-mof-聚苯胺複合材料，其中鐵-mof前驅體與苯胺的質量比為2:1-20:1。

所述步驟(1)中溶劑一為dmf，溶劑二為乙腈。

所述步驟(1)中對苯二甲酸溶液的濃度為5mg/ml-10mg/ml，硝酸鐵溶液的濃度為10mg/ml-30mg/ml。

所述步驟(1)中回流溫度為120℃，回流時間為40min。

所述步驟(2)中溶劑為去離子水。

所述步驟(2)中苯胺溶液的濃度為1mmol/l-11mmol/l。

所述步驟(2)中聚合反應的溫度為-78℃-0℃，聚合反應的時間為12h-24h。

本發明的一種鐵-mof-聚苯胺複合材料可以用作超級電容器的電極材料。

本發明的一種鐵-mof-聚苯胺複合材料，以簡單易合成的鐵-mof作為前驅體，通過在其內部吸附苯胺，在低溫下聚合，製備出鐵-mof-聚苯胺複合材料。

有益效果

(1)本發明的製備方法簡單，易於操作，環保，是一種綠色化學製備方法；

(2)本發明製備得到的鐵-mof-聚苯胺複合材料具有較好的比電容及倍率性，是超級電容器的理想電極材料。

附圖說明

圖1是實施例1、實施例2和實施例3中得到的鐵-mof-聚苯胺複合材料的cv曲線；

圖2是實施例1、實施例2和實施例3中得到的鐵-mof-聚苯胺複合材料的倍率圖。

具體實施方式

下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。應理解，這些實施例僅用於說明本發明而不用於限制本發明的範圍。此外應理解，在閱讀了本發明講授的內容之後，本領域技術人員可以對本發明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落於

本技術：
所附權利要求書所限定的範圍。

實施例1

(1)將對苯二甲酸(300mg)和硝酸鐵(800mg)分別溶解於dmf(40ml)中，將兩種溶液混合均勻，120℃回流40min，加入乙腈40ml，離心，乾燥，得到鐵-mof前驅體。

(2)將苯胺(1.14mg)溶解在去離子水中形成苯胺溶液，苯胺溶液的濃度為2mmol/l，取步驟(1)中的鐵-mof前驅體(20mg)浸泡在苯胺溶液(5ml)中，-5℃條件下聚合12h，得到鐵-mof-聚苯胺複合材料，記為fe-mof-pani-1。

實施例2

(1)將對苯二甲酸(300mg)和硝酸鐵(800mg)分別溶解於dmf(40ml)中，將兩種溶液混合均勻，120℃回流40min，加入乙腈40ml，離心，乾燥，得到鐵-mof前驅體。

(2)將苯胺(3.42mg)溶解在去離子水中形成苯胺溶液，苯胺溶液的濃度為6mmol/l，取步驟(1)中的鐵-mof前驅體(20mg)浸泡在苯胺溶液(5ml)中，-5℃條件下聚合12h，得到鐵-mof-聚苯胺複合材料，記為fe-mof-pani-2。

實施例3

(1)將對苯二甲酸(300mg)和硝酸鐵(800mg)分別溶解於dmf(40ml)中，將兩種溶液混合均勻，120℃回流40min，加入乙腈40ml，離心，乾燥，得到鐵-mof前驅體。

(2)將苯胺(5.7mg)溶解在去離子水中形成苯胺溶液，苯胺溶液的濃度為10mmol/l，取步驟(1)中的鐵-mof前驅體(20mg)浸泡在苯胺溶液(5ml)中，-5℃條件下聚合12h，得到鐵-mof-聚苯胺複合材料，記為fe-mof-pani-3。

電化學測試結果表明：圖1中實施例1、實施例2和本實施例3中製備的鐵-mof-聚苯胺複合材料都顯示出明顯的氧化還原峰。圖2中實施例1、實施例2和本實施例3中製備的鐵-mof-聚苯胺複合材料都有較好的比電容量，其中實施例2中製備的鐵-mof-聚苯胺複合材料在0.5a/g的電流密度下其比電容量達到了280f/g，充分說明鐵-mof-聚苯胺複合材料具有較好的倍率性和比電容。