[發明專利]一種片層微結構的氧化石墨烯/聚吡咯復合材料的制備方法

無效

• 申請號: 201310323521.6
• 申請日: 2013-07-30
• 公開（公告）號: CN103390511A
• 公開（公告）日: 2013-11-13
• 發明（設計）人: 韓永芹;申明霞;郭義;段鵬鵬;袁宗陽
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: H01G11/86
• 分類號: H01G11/86;H01G11/30;H01G11/48
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 曹翠珍

技術領域

本發明涉及導電聚合物復合材料，具體地說，是通過原位聚合的方法利用氧化石墨烯納米片誘導制備片層微結構的氧化石墨烯/聚吡咯復合材料，這種復合材料可應用于超級電容器電極材料。

背景技術

隨著新能源領域的技術進步和行業發展，儲能技術越來越受到各方重視，成為解決未來新能源產業發展的關鍵環節。超級電容器是一種介于電池與傳統電容器之間的新型儲能器件，兼具兩者的優點，具有功率密度高、能量密度高、充電時間短、使用壽命長和對環境無污染等優點。作為一種綠色環保、性能優異的新型儲能器件，超級電容器在國防、軍工、電動汽車、電腦、移動通信等眾多領域有著廣泛應用。

具有較大比表面積的導電聚合物被認為是超級電容器的理想電極材料，適用于此類電容器的導電聚合物有：聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩及其衍生物，其中，聚吡咯因其高的電導率、有趣的氧化還原性能、環境穩定性以及可通過化學或電化學方法易于制備等優點成為近年來的研究熱點。氧化石墨是一種在機械能的作用下可在高度極性溶劑介質（例如水）中脫層為氧化石墨烯的二維層狀材料。錨在單層氧化石墨烯片表面sp³雜化碳原子上的大量羥基與環氧基團以及位于氧化石墨烯片邊緣sp²雜化碳原子上大量的羧基與羰基官能團使氧化石墨烯很容易分散于水中。同時，這些含氧官能團使氧化石墨烯片可與小極性分子或聚合物產生強烈相互作用而形成氧化石墨復合材料。

目前，氧化石墨烯/聚吡咯復合材料的研究主要集中于復合材料導電性能的提高[Zhang?LL,Zhao?S,Tian?XN,Zhao?XS.Layered?graphene?oxide?nanostructures?with?sandwiched?conducting?polymers?as?supercapacitor?electrodes.Langmuir,2010,26(22):17624-17628.Han?YQ,Lu?Y.Preparation?and?characterization?of?graphite?oxide/polypyrrole?composites.Carbon,2007,45:2394-2399.Han?YQ,LuY.Characterization?and?electrical?properties?of?conductive?polymer/colloidal?graphite?oxide?nanocomposites.Composite.Sci.Technol.,2009,69:1231-1237.]，很少有關于該復合材料比電容提高的報道。我們的前期研究工作表明投料比對氧化石墨烯/聚吡咯復合材料的電化學性能有一定影響[Han?YQ,Ding?B,Zhang?XG.Effect?of?feeding?ratios?on?the?structure?and?electrochemical?performance?of?graphite?oxide/polypyrrole?nanocomposites.Chinese??Sci.Bulletin,2011,56:2846.]，但氧化石墨烯/聚吡咯復合材料的比電容仍有待提高。

發明內容

本發明提供一種片層微結構的氧化石墨烯/聚吡咯復合材料的制備方法，利用氧化石墨烯表面的電負性官能團通過原位聚合方法誘導制備片層微結構的氧化石墨烯/聚吡咯納米復合材料，由這種方法制備得到的復合材料具有片層狀的微觀結構以及較高的電導率，此種方法國內外尚未見報道。本發明制備方法簡單，所制備的復合材料用作超級電容器電極材料時具有較高的電導率與比電容。

本發明的技術方案如下：

一種片層微結構的氧化石墨烯/聚吡咯復合材料的制備方法，步驟如下：

（1）將有機磺酸加入氧化石墨烯溶液中，攪拌并利用超聲波分散使其混合，在冰浴條件下繼續攪拌均勻后，備用，氧化石墨烯溶液的濃度是0.1-0.5mg/mL，較佳的范圍是0.2-0.4mg/mL。有機酸是1,5-萘二磺酸、對氨基苯磺酸、α-萘磺酸、β-萘磺酸中的任一種，冰浴的溫度控制在0-5℃；

（2）將吡咯單體注射至步驟（1）的混合物中，攪拌形成反應體系，備用。氧化石墨烯與吡咯的質量比為1:10-1:30，有機磺酸與吡咯的摩爾比為1:4-1:1；吡咯在使用前經重蒸；