Page 96 - 精细化工2019年第10期
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·2062· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 36 卷
I t 成核的活性位。这些活性位降低了 CNF 表面的界面
C （1）
m
m V 势垒，有利于异相成核。此时溶液中苯胺浓度很难
式中：C m 为比电容，F/g；I 为放电电流，A；Δt 为 达到过饱和的状态，很难产生均相成核的活性位。
放电时间，s；m 为电极活性物质质量，g；ΔV 为电 因此，PANI 的聚合物分子链会优先沿着 CNF 骨架
位范围，V。 聚合生长，PANI 纳米点垂直定向的逐渐生长成塔尖
状结构。如图 2b 所示，PANI/CNF40 样品由于苯胺
2 结果与讨论
没有采取均相成核生长，所以样品中几乎没有堆积
2.1 PANI/CNF 复合纳米线的结构表征 生长的团簇状 PANI [27] 。
本文采用原位模板组装法制备了 CNF 骨架。图
1 为 CNF 的 SEM 和 TEM 图。如图 1a、b 所示，CNF
呈相互连通的纤维状结构，直径分布均匀，约为
40~60 nm。如图 1c、d 所示，CNF 呈表面粗糙不平
的中空管状结构。原位氧化聚合时聚吡咯沿着软模
板 CTAB 聚合生长，形成含有模板剂的骨架结构，
经过洗涤和焙烧后留下中空的交联状 CNF。CNF 相
互连通构架成三维空间结构，利于电子沿纤维快速
传递，使其可以成为碳基复合材料的骨架。这种结
构可以增加 CNF 与苯胺的接触面积，使苯胺很容易
在 CNF 表面吸附并沿着 CNF 聚合缠绕生长。
a—CNF；b—PANI/CNF40
图 2 PANI/CNF 复合纳米线的形成机理图
Fig. 2 Formation mechanism of PANI/CNF composite nanowires
通过控制反应条件可以调控复合材料的结构，
优化材料性能。本文通过调控 CNF 的质量分数，优
化了 PANI/CNF 复合纳米线的空间结构，并对复合
纳米线的热稳定性进行了表征，见图 3。
图 1 CNF 的 SEM（a, b）和 TEM（c, d）图
Fig. 1 SEM (a, b) and TEM (c, d) imagesof CNF
图 3 CNF、PANI 和 PANI/CNF 的 TG 曲线
图 2 为 PANI/CNF 复合纳米线的形成机理图。
Fig. 3 TG curves of CNF, PANI and PANI/CNF
以所制备的交联状 CNF（图 2a）为碳骨架，采用真
空辅助插层的方法将苯胺灌注到 CNF 的三维结构 在 N 2 条件下，CNF 随着温度升高逐渐分解，
中，使苯胺吸附在 CNF 内壁；在氧化剂的作用下苯 800 ℃时质量保留率为 60.7%。PANI 在小于 100 ℃
胺原位聚合，PANI 沿 CNF 骨架原位缠绕生长，形 时质量有所降低，这是样品中自由水挥发导致的。
成交联状 PANI/CNF 复合纳米线。在制备过程中， 100~300 ℃质量的降低归因于 PANI 中掺杂 HCl 的
苯胺的分子间氢键起着重要作用。当苯胺被灌入到 挥发。300~500 ℃的失重为不同聚合度 PANI 分子链
CNF 骨架中时，与 CNF 上的活性官能团相互作用， 的降解和分解。500~800 ℃的失重主要为 PANI 的石
吸附在 CNF 表面。当 APS 加入到上述预聚物悬浮 墨化结构的重组 [27] 。不同质量比 PANI/CNF 的 TG
液中时，吸附在 CNF 表面的苯胺首先聚合形成异相 曲线与 PANI 相类似。当温度升高到 800 ℃时，
