阅读说明：本技术 一种织物电极基材及其应用与制备方法 (A kind of textile electrode substrate and its application and preparation method ) 是由 王潮霞 王博 殷允杰 于 2019-08-13 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种织物电极基材及其应用与制备方法,所述织物电极基材包括羟基氧化铁修饰的织物,所述织物为棉织物或涤纶织物。所述应用为织物电极基材应用于制备以聚吡咯或聚苯胺为主要活性物质的织物电极中。所述制备方法包含以下步骤：a、将润湿的织物置于FeCl<Sub>3</Sub>的水溶液中,浸泡并搅拌；b、将步骤a的混合物恒温水浴搅拌；c、将步骤b所得物冷却后,清洗干净并烘干,即得到羟基氧化铁修饰的织物电极基材。本发明的羟基氧化铁修饰的织物电极基材制备过程较为简单,反应时间不长,成本较低,可以实现大规模生产；用单一试剂FeCl<Sub>3</Sub>·6H<Sub>2</Sub>O为原料,不需额外加酸、碱或氧化剂,在较短的时间内利用Fe<Sup>3+</Sup>的水解反应直接在织物表面沉积羟基氧化铁。(The invention discloses a kind of textile electrode substrate and its application and preparation method, the textile electrode substrate includes the fabric of FeOOH modification, and the fabric is cotton fabric or dacron.The application is textile electrode substrate applications in preparing in the textile electrode using polypyrrole or polyaniline as main active substances.The preparation method comprises the steps of: a, the fabric of wetting is placed in FeCl 3 Aqueous solution in, impregnate and stir；B, the mixture water bath with thermostatic control of step a is stirred；C, will step b gains it is cooling after, clean up and dry to get to the textile electrode substrate of FeOOH modification.The textile electrode substrate preparation process of FeOOH modification of the invention is relatively simple, and the reaction time is not grown, and cost is relatively low, may be implemented to be mass produced；With single agents FeCl 3 ·6H 2 O is raw material, is not required to additional acid, alkali or oxidant, utilizes Fe in a relatively short period of time 3+ Hydrolysis directly fabric surface deposit FeOOH.)

一种织物电极基材及其应用与制备方法

技术领域

本发明涉及织物电极材料，具体为一种织物电极基材及其应用与制备方法。

背景技术

如今织物电极已经受到了广泛的关注，用它们组装成的能源装置可以与服装结合并为其他集成到服装上的可穿戴器件供电，因此制备高性能的织物电极材料对研究者来说是一个急需攻克的难题。

申请号为201810994935.4的中国专利公开了一种用高锰酸钾加速Fe³⁺水解的方法制备羟基氧化铁，反应时间4～6小时，制得的羟基氧化铁长度为35nm；申请号为201710166405.6的中国专利公开了一种在100℃下水热反应4小时制得的羟基氧化铁纳米棒/泡沫炭复合材料，其反应液中含有盐酸、乙腈、硝酸钠和氯化铁，所用原料种类较多。在反复充放电过程中，聚吡咯或聚苯胺的分子结构都会遭受电解液离子的破坏，导致循环稳定性不是很好。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明目的是提供一种不需额外加酸、碱或氧化剂的织物电极基材，本发明的另一目的是提供一种织物电极基材在制备以聚吡咯或聚苯胺为主要活性物质的织物电极中应用，提高织物电极的循环稳定性，本发明的再一目的是提供一种简单方便、稳固度高的织物电极基材的制备方法。

技术方案：本发明所述的一种织物电极基材，包括羟基氧化铁修饰的织物，所述织物为棉织物或涤纶织物。

棉织物或涤纶织物经过碱液预处理，使得织物表面更加粗糙，有利于Fe³⁺的吸附。

织物电极基材应用于制备以聚吡咯或聚苯胺为主要活性物质的织物电极中，提高织物电极的循环稳定性。

上述织物电极基材的制备方法，包含以下步骤：

a、将乙醇或者丙酮滴加到织物表面，将润湿的织物置于质量浓度为10～160g/L的FeCl₃的水溶液中，浸泡10～40min并在180～200r/min搅拌速率下搅拌，经由乙醇或者丙酮润湿后的织物纤维表面富含羟基或羰基，能够吸引更多的正电荷离子，将润湿织物浸泡在FeCl₃的水溶液中可以使织物充分吸附Fe³⁺，为后续的原位沉积FeOOH做准备；

b、将步骤a的混合物在80～100℃水浴锅中恒温水浴搅拌，搅拌速率100～400r/min，搅拌时间为1～2小时，Fe³⁺发生水解反应形成羟基氧化铁并沉积在织物表面；

c、将步骤b所得物冷却后，清洗干净并烘干，即得到羟基氧化铁修饰的织物电极基材。其中，冷却为自然冷却或冰浴冷却，因为冷却速率对羟基氧化铁的晶型结构会有一定的影响。

反应原理：羟基氧化铁与导电聚合物分子链之间的相互作用力，分子链的稳固度被提高，使其在电解液离子反复的嵌入脱出过程中受到的破坏程度降低。

有益效果：本发明和现有技术相比，具有如下显著性特点：

1、羟基氧化铁修饰的织物电极基材制备过程较为简单，反应时间不长，成本较低，可以实现大规模生产；

2、用单一试剂FeCl₃·6H₂O为原料，不需额外加酸、碱或氧化剂，在较短的时间内利用Fe³⁺的水解反应直接在织物表面沉积羟基氧化铁；

3、所制得的羟基氧化铁修饰的织物可以作为织物电极的基材，在负载赝电容储能材料聚吡咯或聚苯胺后仍能保留织物的柔性，并组装成储能装置集成到服装上为可穿戴设备供电。

附图说明

图1为本发明的制备流程图。

具体实施方式

以下各实施例中，FeCl₃·6H₂O购于国药，纯度≥0.995。

实施例1

织物电极基材的制备方法包含以下步骤，如图1：

(1)取一块5cm×5cm的棉织物，将乙醇滴加到棉织物表面，将润湿的织物置于质量浓度为10g/L的FeCl₃的水溶液中，浸泡40min并在180r/min搅拌速率下搅拌，经由乙醇润湿后的织物纤维表面富含羟基，能够吸引更多的正电荷离子，将润湿织物浸泡在FeCl₃的水溶液中可以使织物充分吸附Fe³⁺，为后续的原位沉积FeOOH做准备；

(2)将步骤(1)的混合物在80℃水浴锅中恒温水浴搅拌，搅拌速率100r/min，搅拌时间为2小时，Fe³⁺发生水解反应形成羟基氧化铁并沉积在织物表面；

(3)将步骤(2)所得物冷却后，清洗干净并烘干，即得到羟基氧化铁修饰的织物电极基材。其中，冷却为自然冷却。

经过检测，该棉织物上沉积的羟基氧化铁单位重量为0.09mg/cm²。

实施例2

织物电极基材的制备方法包含以下步骤：

(1)取一块5cm×5cm的涤纶织物，将丙酮滴加到涤纶织物表面，将润湿的织物置于质量浓度为160g/L的FeCl₃的水溶液中，浸泡10min并在200r/min搅拌速率下搅拌，经由丙酮润湿后的织物纤维表面富含羰基，能够吸引更多的正电荷离子，将润湿织物浸泡在FeCl₃的水溶液中可以使织物充分吸附Fe³⁺，为后续的原位沉积FeOOH做准备；

(2)将步骤(1)的混合物在100℃水浴锅中恒温水浴搅拌，搅拌速率400r/min，搅拌时间为1小时，Fe³⁺发生水解反应形成羟基氧化铁并沉积在织物表面；

(3)将步骤(2)所得物冷却后，清洗干净并烘干，即得到羟基氧化铁修饰的织物电极基材。其中，冷却为冰浴冷却。

经过检测，该涤纶织物上沉积的羟基氧化铁单位重量为0.36mg/cm²。

实施例3

织物电极基材的制备方法包含以下步骤：

(1)取一块5cm×5cm的经过经2mol/L氢氧化钠溶液浸泡预处理15min的棉织物，将乙醇滴加到经过氢氧化钠溶液预处理的棉织物表面，将润湿的织物置于质量浓度为85g/L的FeCl₃的水溶液中，浸泡25min并在190r/min搅拌速率下搅拌，经由乙醇润湿后的织物纤维表面富含羟基，能够吸引更多的正电荷离子，将润湿织物浸泡在FeCl₃的水溶液中可以使织物充分吸附Fe³⁺，为后续的原位沉积FeOOH做准备；

(2)将步骤(1)的混合物在90℃水浴锅中恒温水浴搅拌，搅拌速率250r/min，搅拌时间为1.5小时，Fe³⁺发生水解反应形成羟基氧化铁并沉积在织物表面；

(3)将步骤(2)所得物冷却后，清洗干净并烘干，即得到羟基氧化铁修饰的织物电极基材。其中，冷却为自然冷却。

经过检测，该经过氢氧化钠溶液预处理的棉织物上沉积的羟基氧化铁单位重量为0.28mg/cm²。

实施例4

织物电极基材的制备方法包含以下步骤：

(1)取一块5cm×5cm的经过2mol/L氢氧化钠溶液浸泡预处理15min的涤纶织物表面，将丙酮滴加到经过氢氧化钠溶液预处理的涤纶织物，将润湿的织物置于质量浓度为20g/L的FeCl₃的水溶液中，浸泡20min并在185r/min搅拌速率下搅拌，经由丙酮润湿后的织物纤维表面富含羰基，能够吸引更多的正电荷离子，将润湿织物浸泡在FeCl₃的水溶液中可以使织物充分吸附Fe³⁺，为后续的原位沉积FeOOH做准备；

(2)将步骤(1)的混合物在95℃水浴锅中恒温水浴搅拌，搅拌速率300r/min，搅拌时间为1.8小时，Fe³⁺发生水解反应形成羟基氧化铁并沉积在织物表面；

(3)将步骤(2)所得物冷却后，清洗干净并烘干，即得到羟基氧化铁修饰的织物电极基材。其中，冷却为冰浴冷却。

经过检测，该经过氢氧化钠溶液预处理表面的涤纶织物上沉积的羟基氧化铁单位重量为0.10mg/cm²。

实施例5

织物电极基材的制备方法包含以下步骤：

(1)取一块5cm×5cm的涤纶织物表面，将乙醇滴加到涤纶织物，将润湿的织物置于质量浓度为140g/L的FeCl₃的水溶液中，浸泡30min并在195r/min搅拌速率下搅拌，经由乙醇润湿后的织物纤维表面富含羟基，能够吸引更多的正电荷离子，将润湿织物浸泡在FeCl₃的水溶液中可以使织物充分吸附Fe³⁺，为后续的原位沉积FeOOH做准备；

(2)将步骤(1)的混合物在85℃水浴锅中恒温水浴搅拌，搅拌速率200r/min，搅拌时间为1.2小时，Fe³⁺发生水解反应形成羟基氧化铁并沉积在织物表面；

(3)将步骤(2)所得物冷却后，清洗干净并烘干，即得到羟基氧化铁修饰的织物电极基材。其中，冷却为自然冷却。

经过检测，该涤纶织物上沉积的羟基氧化铁单位重量为0.48mg/cm²。

实施例6

(1)取一块5cm×5cm经由乙醇润湿的棉织物置于含有浓度为10g/L的FeCl₃水溶液中浸泡并搅拌10min；

(2)将步骤(1)的混合体系置于已升至恒定温度的水浴锅中，在保持恒温(80℃)和搅拌(100r/min)的情况下使混合体系反应1小时，其间Fe³⁺发生水解反应形成羟基氧化铁并沉积在织物表面；

(3)待经过步骤(2)的反应体系自然冷却后，将体系中的羟基氧化铁修饰织物清洗干净并烘干，即得到所述羟基氧化铁修饰的织物电极基材。

经过检测，该棉织物上沉积的羟基氧化铁单位重量为0.07mg/cm²。

实施例7

(1)取一块5cm×5cm经2mol/L氢氧化钠溶液浸泡预处理15min且被丙酮润湿的棉织物置于含有浓度为40g/L的FeCl₃水溶液中浸泡并搅拌10min；

(2)将步骤(1)的混合体系置于已升至恒定温度的水浴锅中，在保持恒温(90℃)和搅拌(200r/min)的情况下使混合体系反应1.5小时，其间Fe³⁺发生水解反应形成羟基氧化铁并沉积在织物表面；

(3)待经过步骤(2)的反应体系自然冷却后，将体系中的羟基氧化铁修饰织物清洗干净并烘干，即得到所述羟基氧化铁修饰的织物电极基材。

经过检测，该棉织物上沉积的羟基氧化铁单位重量为0.53mg/cm²。

实施例8

(1)取一块5cm×5cm经由乙醇润湿的涤纶织物置于含有浓度为160g/L的FeCl₃水溶液中浸泡并搅拌10min；

(2)将步骤(1)的混合体系置于已升至恒定温度的水浴锅中，在保持恒温(100℃)和搅拌(400r/min)的情况下使混合体系反应2小时，其间Fe³⁺发生水解反应形成羟基氧化铁并沉积在织物表面；

(3)待经过步骤(2)的反应体系冰浴冷却后，将体系中的羟基氧化铁修饰织物清洗干净并烘干，即得到所述羟基氧化铁修饰的织物电极基材。

经过检测，该涤纶织物上沉积的羟基氧化铁单位重量为0.57mg/cm²。

本发明所得羟基氧化铁修饰的织物仍保留着织物的柔性，且能作为基材负载聚吡咯或聚苯胺，从而制得柔性电极。例如在所得羟基氧化铁修饰的织物上原位聚合聚苯胺，将其作为超级电容器的电极材料，其在5mA·cm^-2电流密度下的容量保留率达到75％，比没有羟基氧化铁修饰的聚苯胺织物电极其保留率(52％)要高，说明所制得羟基氧化铁修饰的织物在超级电容器领域具有非常好的潜在应用价值。