[發明專利]ZnO/還原氧化石墨烯/聚吡咯三元復合材料的制備方法及三元復合材料的應用

無效

• 申請號: 201110416738.2
• 申請日: 2011-12-13
• 公開（公告）號: CN102543464A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 胡中愛;張海英;張富海;張亞軍;梁鵬舉
• 申請（專利權）人: 西北師范大學
• 主分類號: H01G9/042
• 分類號: H01G9/042
• 代理公司: 蘭州中科華西專利代理有限公司 62002
• 代理人: 馬正良

技術領域

本發明屬于復合材料領域，涉及一種ZnO/還原氧化石墨烯/聚吡咯三元復合材料制備方法及其制備出的ZnO/還原氧化石墨烯/聚吡咯三元復合材料在作為超級電容器電極材料的應用。

背景技術

隨著社會經濟的發展以及人們對綠色能源和生態環境保護意識的加強，超級電容器作為一種新型的儲能器件越來越受到人們的重視，它能提供比靜電電容器更高的能量密度，比電池更高的功率密度和更長的循環壽命，且在電動汽車、通信和工業領域等有廣泛的應用。超級電容器的性能主要取決于電極材料，目前所研究的超級電容器電極材料主要包括：雙電層碳基材料和贗電容材料(過渡金屬氧化物和導電聚合物)。碳材料具有電位窗口寬、功率密度高、循環穩定性能好和成本低等優點，但其比電容較低；過渡金屬氧化物通常具有高的比電容，但倍容率和穩定性較差且成本高；而導電聚合物的電活性較高，但循環性能差是其致命弱點。在超級電容器電極材料的設計中，常常將雙電層碳基材料和贗電容材料通過適當途徑進行復合，以期望充分顯現不同材料的優勢，取得兩種電容行為間的正協同作用。目前除了二元復合物之外，研究和制備碳材料與過渡金屬氧化物和導電聚合物的三元復合電極材料也越來越受到人們的關注。

石墨烯作為一種新型的碳材料，因其超大而完美的sp²雜化體系使其具有無與倫比的面內電荷傳輸性能，單分子層的厚度又使其具有超高的理論表面積，在發展新型復合材料、構建高性能電化學新能源器件方面受到了廣泛的關注；ZnO因其造價低、環境友好以及容易生長在各種基底上等特性，已成為超級電容器很有潛力的候選材料；PPy因制備方便、電導率高、空氣穩定性好以及豐富多變的電化學性能而受到國內外學者的密切關注。結合三者的特性，制備得到的復合材料作為超級電容器電極材料，不僅能夠實現材料性能和成本的合理利用，并且具有單一電極材料所不具備的優良性能，應用前景十分廣泛。

發明內容

本發明的目的是提供了一種ZnO/還原氧化石墨烯/聚吡咯三元復合材料的制備方法。

本發明的另一目的是提供該ZnO/還原氧化石墨烯/聚吡咯三元復合材料作為超級電容器電極材料的應用。

本發明ZnO/還原氧化石墨烯/聚吡咯三元復合材料的制備，先將GO超聲分散再與Zn(NO₃)₂溶液混合得到混合溶液，然后用堿調節其pH(8～9)，進一步水熱處理，得到ZnO/RGO二元復合物；緊接著以二元復合物為模板，通過化學氧化法聚合Py單體，最終得到ZnO/RGO/PPy三元復合材料。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現：

一種ZnO/還原氧化石墨烯/聚吡咯三元復合材料的制備方法，其步驟是：

(一)二元復合物ZnO/RGO的制備工藝：

先將Zn(NO₃)₂溶解到水中，并置于冰水浴中，同時將GO分散在水中超聲處理2h后呈亮黃色溶液，接著將亮黃色溶液緩慢加入到置于冰水浴中的Zn(NO₃)₂溶液，攪拌混合液1h，然后向混合液中滴加1M的KOH溶液至pH＝8～9，攪拌反應2h，移至高壓反應釜，保持180℃水熱12h，然后經過濾、洗滌、60℃干燥后，得到二元復合物ZnO/RGO；

(二)三元復合物ZnO/RGO/PPy的制備工藝：

將二元復合物ZnO/RGO分散溶入表面活性劑的水溶液中超聲處理2h，然后將其置于冰水浴中攪拌，緩慢加入溶有吡咯(Py)單體的乙醇溶液，超聲處理使吡咯完全吸附在ZnO/RGO復合物上，然后再緩慢加入(NH₄)₂S₂O₈溶液，冰浴攪拌反應24h，最后經過濾、洗滌、60℃干燥后，最終得到三元復合物ZnO/RGO/PPy。

上述表面活性劑為十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)，或為十二烷基苯磺酸鈉(DBSNa)；氧化聚合Py的氧化劑為(NH₄)₂S₂O₈，或為FeCl₃，或為H₂O₂。

ZnO/還原氧化石墨烯/聚吡咯三元復合材料制作超級電容器電極，其特征是

a.超級電容器電極材料為ZnO/RGO/PPy、導電石墨、乙炔黑和聚四氟乙烯乳液，其中：ZnO/RGO/PPy、導電石墨、乙炔黑和聚四氟乙烯乳液按75∶10∶10∶5的質量比混合制作電極。