[發明專利]一種含氧石墨烯及含氧石墨烯/四聚苯胺的粉體的制備方法

無效

• 申請號: 201010117872.8
• 申請日: 2010-03-03
• 公開（公告）號: CN101740234A
• 公開（公告）日: 2010-06-16
• 發明（設計）人: 陳堯;張熊;余鵬;張大成;馬衍偉
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所
• 主分類號: H01G9/058
• 分類號: H01G9/058
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 關玲

技術領域

本發明涉及一種超級電容器電極材料的制備方法，特別涉及含氧石墨烯及含氧石墨烯/ 四聚苯胺超級電容器電極材料的制備方法。

背景技術

石墨烯是碳原子緊密堆積的二維晶格結構的新型碳材料，厚度為0.34納米左右，是構成 其他維數碳材料的基本單元。按其層數可分為一層或少層石墨烯。石墨烯的理論研究已有60 年歷史，但真正能夠獨立存在的二維石墨烯是由2004年英國曼特斯特大學的Novoselov等利用 膠帶剝離高定向熱解石墨獲得。自從石墨烯發現以來，由于其優良的物理化學性質和廣闊的 應用前景，石墨烯成為材料科學的熱點。目前石墨烯的研究還在基礎研究方面。大規模制備 石墨烯的方法為化學剝離法[D.Li?et?al.，Nat?Nanotech，2008，3，101]和熱剝離法[H.C. Schniepp?et?al.，J?Phys?Chem?B，2006，110，8535]。用水合肼還原的化學修飾的石墨烯[M.D. Stoller?et?al.，Nano?Lett，2008，8，3498；Y.Wang?et?al.，J?Phys?Chem?C，2009，113，13103]和真空 下低溫制備的氧化石墨烯[中國專利200810151807.X]制備的超級電容器的比電容仍待提高。 鑒于真空低溫制備方法對實驗條件要求較高，因此研究通過軟化學方法制備的更高比電容的 石墨烯及石墨烯復合材料具有重要的現實意義。

發明內容

本發明針對現有制備方法所制備的石墨烯超級電容器電極材料比電容低的現狀，提出一 種新的制備高比電容的含氧石墨烯及含氧石墨烯/四聚苯胺復合材料的方法。本發明采用沸騰 回流方法制備的含氧石墨烯及含氧石墨烯/四聚苯胺粉體工藝簡單、成本低、比電容高。

本發明制備工藝步驟順序如下：

(1)制備氧化石墨烯：按照水與氧化石墨的質量比(1000～2000)∶1的比例將氧化石 墨(南京先鋒納米科技公司生產)加入水中，超聲分散1～2小時，形成質量濃度為0.5～1mg/ml 的單片層均勻分散的氧化石墨烯膠體；

(2)制備含氧石墨烯粉體：按照氧化石墨烯膠體與氫溴酸體積比為(25～100)∶1的比 例，將氫溴酸(北京興津化工廠生產，分析純，質量分數40％)加入到步驟(1)制得的氧化 石墨烯膠體中，再將含有氫溴酸的氧化石墨烯膠體倒入安裝有冷凝管、電動攪拌器和玻璃塞 的三口圓底燒瓶，在90～120℃的油浴溫度下沸騰回流并攪拌12～24小時，得到黑色含氧石墨 烯膠體。過濾所得到的黑色含氧石墨烯膠體，經乙醇和水洗滌后，干燥得到含氧石墨烯粉體；

(3)制備含氧石墨烯/四聚苯胺復合粉體：按照N，N-二甲基甲酰胺與四聚苯胺質量比為 (940～1880)∶1的比例，將四聚苯胺(按[Sumedh?P.Surwade?et?al.，J?Am?Chem?Soc，2009，131， 12528]自制)溶于N，N-二甲基甲酰胺(北京化工廠生產，分析純，質量分數99.5％)，配成 質量濃度為0.5～1mg/ml的四聚苯胺溶液。將步驟(1)所制備的質量濃度為0.5～1mg/ml的氧化 石墨烯膠體、質量濃度為0.5～1mg/ml的四聚苯胺溶液、氫溴酸按照體積比為(25～100)∶ (25～100)∶1的比例混合后，倒入安裝有冷凝管、電動攪拌器和玻璃塞的三口圓底燒瓶， 在90～120℃的油浴溫度下沸騰回流并攪拌12～24小時，得到含氧石墨烯/四聚苯胺懸濁液。過 濾所得的懸濁液，依次用丙酮、乙醇和水洗滌，干燥后得到含氧石墨烯/四聚苯胺復合粉體。

可以用乙二醇代替所述的N，N-二甲基甲酰胺，其中乙二醇與四聚苯胺質量比為 (1120～2240)∶1。

附圖說明

圖1a和圖1b是本發明實施例1的(A)含氧石墨烯粉體和(B)含氧石墨烯/四聚苯胺的透射 電鏡圖片。

具體實施方式

本發明制備含氧石墨烯和含氧石墨烯/四聚苯胺粉體的工藝步驟順序如下：

(1)制備氧化石墨烯：按照水與氧化石墨的質量比(1000～2000)∶1的比例將氧化石 墨(南京先鋒納米科技公司生產)加入水中，超聲分散1～2小時，形成質量濃度為0.5～1mg/ml 的單片層均勻分散的氧化石墨烯膠體；