一种基于泡沫镍的聚二联噻吩三苯胺复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种以柔性多孔泡沫镍为基底，聚二联噻吩三苯胺为电活性材料的复合电极材料。一方面，泡沫镍提供了丰富的多孔结构，贡献了一定的双电层电容性质，同时为聚合物的沉积提供了更多的活性位点，制备的复合材料具有更多的疏松结构；另一方面，聚二联噻吩三苯胺具有优秀的电化学氧化还原性质，表现出优异的赝电容行为，同时在不同的电压下表现出可逆的颜色变化，可用于指示超级电容器充放电时的能量储存状态。因此，聚二联噻吩三苯胺@泡沫镍复合材料有望成为一种优秀的电致变色储能材料。合材料有望成为一种优秀的电致变色储能材料。合材料有望成为一种优秀的电致变色储能材料。

【技术实现步骤摘要】
一种基于泡沫镍的聚二联噻吩三苯胺复合材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于有机合成领域，具体涉及一种电致变色复合材料。

技术介绍

[0002]电致变色是指材料在不同电压下其光学性质(吸收率、反射率和透射率)发生可逆变化，宏观上表现为材料颜色的可逆变化的现象。电致变色技术具有十分广阔的应用前景，目前已经在智能窗，汽车防炫目后视镜，电子纸和军事伪装等领域得到一定的应用。这其中，将电致变色性能与能量存储功能相结合所得到的具有能量显示功能的超级电容器，是多功能电致变色器件的研究热点。但目前材料仍然是限制电致变色技术应用的主要瓶颈之一。设计制备具有丰富颜色变化、高光学对比度、快速响应和高循环稳定性的电致变色材料对电致变色技术的发展具有十分重要的意义。
[0003]导电聚合物通常含有离域的π电子，表现出优异的电荷传输性质，因而具有较好的电致变色性能；同时导电聚合物氧化还原时表现出优异的赝电容行为，因此在超级电容器领域也受到广泛研究。高分子导电聚合物材料作为电致变色超级电容器的主要电极材料之一，因其在氧化还原时具有较高的比容量、高的电导率、易于合成，颜色丰富，成本低廉等优势在众多电致变色材料中脱颖而出。
[0004]ITO玻璃和FTO玻璃是常用的导电玻璃材料，用于超级电容器中的电极。ITO玻璃由铟锡氧化物组成，具有优异的导电性和光学透明性，适用于需要透明性的应用。FTO玻璃是掺杂了氟化物的氧化锡材料，相对于ITO玻璃，FTO玻璃具有较低的制备成本。
[0005]然而，ITO玻璃和FTO玻璃是刚性材料，不适用于柔性电子器件。超级电容器需要灵活性以适应复杂形状，刚性导电电极材料无法满足这些要求。其次，ITO玻璃和FTO玻璃较昂贵，特别是铟资源有限，成本较高。此外，ITO玻璃和FTO玻璃易受环境因素影响，导致电导性能下降。因此，研究人员正在寻找替代材料来改善超级电容器电极。新的材料需要具备柔性性质、低成本和可靠稳定性。

技术实现思路

[0006]为了解决现有技术中超级电容器中ITO玻璃和FTO玻璃电极灵活性差、成本高、电导性能不稳定的问题，本专利技术提出了一种以柔性多孔泡沫镍为导电电极，采用电化学聚合在其表面直接沉积导电聚合物电活性材料，从而获得的一种基于泡沫镍的聚二联噻吩三苯胺复合材料，该复合材料兼具电致变色性能和优异储能性能，可作为双功能电致变色超级电容器的电极材料。
[0007]本专利技术的第一方面，提供了一种基于泡沫镍的聚二联噻吩三苯胺复合材料，所述复合材料以泡沫镍为基底，以式I所示的聚二联噻吩三苯胺为电活性材料，
[0008][0009]式I中，n代表平均聚合度，n取10～2000。
[0010]相比于常规的ITO玻璃或FTO玻璃等导电电极，泡沫镍(NF)具有柔性、成本低、电导率高，被认为是一种理想的电极材料。此外，泡沫镍本身含有丰富的三维多孔结构，有助于增加电荷存储容量，具有优异的双电层储能性质。聚二联噻吩三苯胺是一种导电性极高的有机导电聚合物复合材料，在电子器件领域具有广泛的应用。作为导电电极材料，聚二联噻吩三苯胺能够提供良好的电子传输性能和光学透过率，有助于提高器件效率和稳定性。基于泡沫镍的聚二联噻吩三苯胺复合材料的制备过程简单且可扩展，可以通过调节沉积的导电聚合物活性材料的厚度，实现对电致变色性能和储能性能的调控。
[0011]具体地，所述泡沫镍孔隙率为60～80％，孔直径为100～120μm。泡沫镍由大量的镍颗粒相互连接形成三维网状结，结构类似于海绵，具有高度的孔隙度和大表面积。泡沫镍具有良好的导电性能和出色的柔韧性及可塑性，可以方便地弯曲和成型，适用于各种形状和结构的应用。此外，泡沫镍还具有较低的密度和良好的耐腐蚀性，是一种理想的轻质结构材料。
[0012]具体地，所述式I所示的聚二联噻吩三苯胺以式II所示的二联噻吩三苯胺单体聚合而成，所述式II所示的二联噻吩三苯胺单体按如下方法制备得到：式III所示的三
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(4
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溴苯基)胺和式IV所示的2
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三丁基甲锡烷基二联噻吩经偶联反应，制得式II所示的化合物，即所述的式II所示的二联噻吩三苯胺单体；
[0013][0014]进一步地，所述偶联反应以二(三苯基膦)二氯化钯为催化剂，以N,N
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二甲基甲酰胺为溶剂。二(三苯基膦)二氯化钯在有机合成中常用作钯催化剂的前体。通过与配体三苯基膦配位形成配合物，钯中心可以展现出较高的催化活性和选择性。所述二(三苯基膦)二氯化钯的质量用量为式III所示的三
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(4
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溴苯基)胺的质量用量的0.01～1％，优选为0.1％。所述反应溶剂N，N
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二甲基甲酰胺的体积用量优选以式III所示的三
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(4
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溴苯基)胺的质量计为25～30mL/g。
[0015]进一步地，所述偶联反应中，式III所示的三
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(4
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溴苯基)胺和式IV所示的2
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三丁基甲锡烷基二联噻吩的投料摩尔比为1:8～10，优选为1:9～10，更优选为1:9。
[0016]进一步地，所述偶联反应按以下步骤进行：在N2保护下，将二(三苯基膦)二氯化钯、N，N
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二甲基甲酰胺、式III所示的三
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(4
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溴苯基)胺、式IV所示的2
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三丁基甲锡烷基二联噻吩加热至110～120℃，回流30～36小时，反应结束以后，反应液纯化得到式II所示的二联噻吩三苯胺单体。所述反应液纯化通常为：把反应完全的溶液倒入水中，用二氯甲烷萃取，取有机项浓缩后干燥，用粗硅胶拌样后，进行柱层析纯化，收集含目标化合物的洗脱液，旋蒸除去溶剂并进行干燥，得到式II所示的二联噻吩三苯胺单体。所述柱层析纯化一般以细硅胶为固定相，二氯甲烷和石油醚为流动相。
[0017]拌样所用粗硅胶即粗孔硅胶，又叫C型硅胶，是一种高活性吸附材料，属非晶态物质，其化学分子式为mSiO2·
nH2O。所述细硅胶即为细孔硅胶，为无色或微黄色透明状玻璃体，基本质量参数如下：平均孔距2.0～3.0MM，比表面650～800m2/g，孔容0.35～0.4mL/g，比热0.92KJ/kg.℃，导热系数0.63KJ/m
·
hr.℃。
[0018]本专利技术的第二方面，提供了一种基于泡沫镍的聚二联噻吩三苯胺复合材料的制备方法，包括以下步骤：将式II所示的二联噻吩三苯胺单体于溶剂中溶解，加入支持电解质，以预处理后的泡沫镍为基底，经恒电位电化学聚合法，于泡沫镍表面聚合成膜，制得基于泡
沫镍的聚二联噻吩三苯胺复合材料。
[0019]进一步地，所述溶剂选自二氯甲烷、乙腈、碳酸丙烯酯中的至少一种；所述支持电解质选自四丁基六氟磷酸铵、四丁基高氯酸铵、四氟硼酸锂、高氯酸锂中的至少一种。
[0020]优选地，所述溶剂为二氯甲烷；所述支持电解质为四丁基六氟磷酸本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
保护下，将二(三苯基膦)二氯化钯、N，N
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二甲基甲酰胺、式III所示的三
‑
(4
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溴苯基)胺、式IV所示的2
‑
三丁基甲锡烷基二联噻吩加热至回流进行偶联反应，反应结束后，反应液纯化得到式II所示的二联噻吩三苯胺单体。6.如权利要求1所述的复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将式II所示的二联噻吩三苯胺单体于溶剂中溶解，加入支持电解质，以预处理后的泡沫镍为基底，经恒电位电化学聚合法，于泡沫镍表面聚合成膜，制得聚二联噻吩三苯胺@泡沫镍的复合材料。7.如权利要求6所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：张诚，夏旻澳，董俊成，吕晓静，邵明发，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：