一種鐵?MOF?聚苯胺復合材料及其制備方法和應用與流程

本發明屬于導電聚合物領域，特別涉及一種鐵-mof-聚苯胺復合材料及其制備方法和應用。

背景技術：

隨著科技發展與社會進步，便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。而便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，由于其比電容較高、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。目前對于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，然后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。關于利用導電聚合物的優良性能將其制備成電極材料的研究卻相對甚少。近些年來，與導電聚合物制備電極相關的研究均落腳于復合電極的制備上。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制備工藝復雜，且制備成本很高。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-聚苯胺復合材料及其制備方法和應用，該制備方法簡單，易于操作，環保，制備得到的鐵-mof-聚苯胺復合材料具有較好的電容性能。

本發明的一種鐵-mof-聚苯胺復合材料，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-聚苯胺復合材料的制備方法，具體步驟如下：

(1)將對苯二甲酸和硝酸鐵分別溶解于溶劑一中，將兩種溶液混合均勻，回流，加入溶劑二，離心，干燥，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-聚苯胺復合材料，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-聚苯胺復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-聚苯胺復合材料，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，制備出鐵-mof-聚苯胺復合材料。

有益效果

(1)本發明的制備方法簡單，易于操作，環保，是一種綠色化學制備方法；

(2)本發明制備得到的鐵-mof-聚苯胺復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-聚苯胺復合材料的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-聚苯胺復合材料的倍率圖。

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，這些實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發明講授的內容之后，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于

本技術：
所附權利要求書所限定的范圍。

實施例1

(1)將對苯二甲酸(300mg)和硝酸鐵(800mg)分別溶解于dmf(40ml)中，將兩種溶液混合均勻，120℃回流40min，加入乙腈40ml，離心，干燥，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-聚苯胺復合材料，記為fe-mof-pani-1。

實施例2

(1)將對苯二甲酸(300mg)和硝酸鐵(800mg)分別溶解于dmf(40ml)中，將兩種溶液混合均勻，120℃回流40min，加入乙腈40ml，離心，干燥，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-聚苯胺復合材料，記為fe-mof-pani-2。

實施例3

(1)將對苯二甲酸(300mg)和硝酸鐵(800mg)分別溶解于dmf(40ml)中，將兩種溶液混合均勻，120℃回流40min，加入乙腈40ml，離心，干燥，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-聚苯胺復合材料，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中制備的鐵-mof-聚苯胺復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中制備的鐵-mof-聚苯胺復合材料都有較好的比電容量，其中實施例2中制備的鐵-mof-聚苯胺復合材料在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-聚苯胺復合材料具有較好的倍率性和比電容。

技術特征：

技術總結
本發明涉及一種鐵?MOF?聚苯胺復合材料，包括鐵?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；制備過程是以對苯二甲酸和硝酸鐵為原料合成鐵?MOF前驅體，然后將鐵?MOF前驅體溶解在苯胺溶液中進行低溫聚合反應得到鐵?MOF?聚苯胺復合材料。本發明的制備方法簡單，易于操作，環保，本發明制備得到的鐵?MOF?聚苯胺復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。

技術研發人員：劉天西;趙哲;封其春;張超
受保護的技術使用者：東華大學
技術研發日：2017.07.21
技術公布日：2017.10.20