[發(fā)明專利]一種導(dǎo)電聚合物/石墨烯復(fù)合納米材料的制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210261908.9
• 申請日: 2012-07-27
• 公開（公告）號: CN102789842A
• 公開（公告）日: 2012-11-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李桂村;李巖;彭紅瑞;陳克正
• 申請（專利權(quán)）人: 青島科技大學(xué)
• 主分類號: H01B13/00
• 分類號: H01B13/00;B82Y40/00
• 代理公司: 青島聯(lián)智專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 37101
• 代理人: 崔濱生

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種導(dǎo)電聚合物/石墨烯復(fù)合納米材料的制備方法。

背景技術(shù)

具有共軛?π–鍵的導(dǎo)電高分子聚合物，如聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩和聚乙炔等，兼具有機(jī)導(dǎo)體和低維納米結(jié)構(gòu)的雙重優(yōu)勢，具有較高的電導(dǎo)率、比電容、良好的電化學(xué)活性、環(huán)境穩(wěn)定性和生物相容性，廣泛應(yīng)用于電極材料、超級電容器、生物傳感器、電致變色及電子器件等領(lǐng)域，自從發(fā)現(xiàn)以來一直受到研究者的重視。在眾多的導(dǎo)電聚合物中，聚苯胺具有獨(dú)特的隨著簡單的非氧化還原摻雜/解摻雜而改變的電學(xué)和光學(xué)性能，引起了科研工作者的廣泛關(guān)注。經(jīng)過簡單的酸/堿摻雜處理后，它可由絕緣體變成導(dǎo)體。聚吡咯因?yàn)樵谥行原h(huán)境下具有較高的導(dǎo)電性和氧化還原活性，而成為一種重要的環(huán)境穩(wěn)定的導(dǎo)電聚合物。但是導(dǎo)電聚合物的實(shí)際應(yīng)用會遇到一個很現(xiàn)實(shí)的老化問題，即其長期的摻雜/解摻雜過程中會伴隨體積反復(fù)膨脹和收縮，造成高分子鏈的破壞，導(dǎo)致其電性能下降，影響其進(jìn)一步使用。

石墨烯是一種由碳原子以sp²雜化連接的單原子層構(gòu)成的新型二維原子晶體，具有許多獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)，如比表面積達(dá)2630?m²·g^-1、斷裂強(qiáng)度高達(dá)125?GPa、載流子遷移率達(dá)200000?cm²·V^–1·s^–1、熱導(dǎo)率達(dá)5000?W·m^–1·k^–1等。這種材料有望在微電子、機(jī)械與醫(yī)學(xué)領(lǐng)域掀起一場新的革命。目前，石墨烯已經(jīng)可以通過氧化石墨化學(xué)還原和高溫還原、化學(xué)氣相沉積、機(jī)械剝離等方法獲得。導(dǎo)電聚合物獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)可以和石墨烯的π體系之間發(fā)生π–π堆積、氫鍵和靜電力等非共價相互作用，將石墨烯的高比表面積、電導(dǎo)率、熱導(dǎo)率和循環(huán)穩(wěn)定性與導(dǎo)電聚合物優(yōu)異的電化學(xué)活性和高的比電容結(jié)合有望制備出一種性能優(yōu)異的復(fù)合材料，該復(fù)合材料在超級電容器、鋰電池等能源領(lǐng)域和傳感器等眾多領(lǐng)域具有更大的理論和實(shí)際應(yīng)用價值。

目前制備導(dǎo)電聚合物/石墨烯復(fù)合納米材料的方法主要有原位化學(xué)氧化聚合法、電化學(xué)沉積法等。但是原位化學(xué)氧化聚合法一般需要在溶液中進(jìn)行，而且聚合物厚度不易控制，單體聚合時容易產(chǎn)生自聚現(xiàn)象。由于石墨烯自身成膜比較困難，所以目前的電化學(xué)沉積法通常是將氧化石墨濾成紙作為電極，待沉積上導(dǎo)電聚合物后再對氧化石墨進(jìn)行后還原，這樣容易對導(dǎo)電聚合物的結(jié)構(gòu)造成破壞。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中制備導(dǎo)電聚合物/石墨烯復(fù)合納米材料的方法存在的上述缺陷和不足，本發(fā)明的目的在于提供一種導(dǎo)電聚合物/石墨烯復(fù)合納米材料的制備方法，本發(fā)明具體通過氣相沉積聚合法制備導(dǎo)電聚合物/石墨烯復(fù)合納米材料，制備方法簡單且成本較低。該復(fù)合材料在超級電容器、鋰電池等能源領(lǐng)域和傳感器等眾多領(lǐng)域具有廣泛的實(shí)際應(yīng)用價值。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

一種導(dǎo)電聚合物/石墨烯復(fù)合納米材料的制備方法，它采用氣相沉積聚合法，包括以下步驟：

(1)?將石墨烯分散在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%–20%的氧化劑溶液中浸漬，所述石墨烯與氧化劑溶液的質(zhì)量體積比為1:2–10:1，經(jīng)離心分離、干燥獲得含氧化劑的石墨烯；

(2)?將所述含氧化劑的石墨烯與導(dǎo)電聚合物單體與按質(zhì)量比為1:2–10:1放置在密閉容器中的不同位置，40–100℃反應(yīng)得反應(yīng)產(chǎn)物；

(3)?將所述反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)離心、洗滌、干燥后，得到導(dǎo)電聚合物/石墨烯復(fù)合納米材料。

對上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)：所述石墨烯通過化學(xué)還原或高溫還原氧化石墨獲得。

對上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)：所述氧化劑為三氯化鐵、硝酸鐵、對甲苯磺酸鐵或樟腦磺酸鐵。

對上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)：所述氧化劑的溶劑為水、乙醇、異丙醇或丁醇。

對上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)：所述導(dǎo)電聚合物單體為苯胺、吡咯或3,4–乙撐二氧噻吩。

對上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)：所述步驟(1)中干燥條件為25–80℃。?

對上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)：所述步驟(2)中聚合時間為1–24?h。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與積極效果是：將石墨烯浸漬在不同濃度的氧化劑溶液，離心干燥后獲得含氧化劑的石墨烯，將其和導(dǎo)電聚合物單體放置于統(tǒng)一密閉容器中的不同位置進(jìn)行氣相沉積聚合，可以在石墨烯表面得到一層均勻的導(dǎo)電聚合物薄膜，通過改變氧化劑的濃度和單體的量可以得到不同形貌與不同厚度的導(dǎo)電聚合物薄膜。