[發(fā)明專利]聚苯胺/MnO2復(fù)合物修飾三維石墨烯復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410107964.6
• 申請日: 2014-03-21
• 公開（公告）號: CN103854875A
• 公開（公告）日: 2014-06-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李亮;朱芬;孫配雷;汪洋;張橋;喻湘華;吳艷光;穆海梅
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢工程大學(xué)
• 主分類號: H01G11/24
• 分類號: H01G11/24
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 崔友明

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種聚苯胺/MnO₂復(fù)合物修飾三維石墨烯復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用，屬于復(fù)合材料、超級電容器電極材料制備領(lǐng)域。?

背景技術(shù)

超級電容器即電化學(xué)電容器是一種介于傳統(tǒng)電容器和二次電池之間的新型儲能器件。與傳統(tǒng)電容器相比，電化學(xué)電容器具有更高的比容量，可存儲的比能量為傳統(tǒng)電容器的10-100倍；與電池相比，具有比功率高、能量密度大、充電時間短、放電效率高和循環(huán)壽命長等優(yōu)點(diǎn)。在通訊技術(shù)、電動汽車和航空航天國防科技等領(lǐng)域具有極其重要和廣闊的應(yīng)用前景。?

超級電容器的電容性能主要取決于電極材料，目前用于電化學(xué)超級電容器的材料主要有三類，各種碳材料；二氧化釕、二氧化錳以及鎳的氧化物和氫氧化物等；導(dǎo)電聚合物材料等。但是單一組分的碳材料用作超級電容器的比電容不高，單一組分的金屬氧化物用作超級電容器的導(dǎo)電率較低、電化學(xué)循環(huán)性不理想，單一組分的導(dǎo)電聚合物用作超級電容器的能量密度低、循環(huán)穩(wěn)定性差。為了彌補(bǔ)以上缺陷，急需研究與開發(fā)二元或者三元復(fù)合材料以提高超級電容器的性能。?

近年來，具有獨(dú)特物理與化學(xué)性質(zhì)的石墨烯材料引起了科學(xué)家們的廣泛關(guān)注。其中三維石墨烯具有豐富的孔結(jié)構(gòu)特征，比表面積與孔隙率高，密度低，為基體材料提供可復(fù)合填充的空間，在超電容、二次電池和新型催化等領(lǐng)域具有潛在應(yīng)用價值。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種聚苯胺/MnO₂復(fù)合物修飾三維石墨烯復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用，本發(fā)明提供的聚苯胺/MnO₂復(fù)合物修飾三維石墨烯復(fù)合材料所需原料便宜，制備方法簡單，比電容高，導(dǎo)電性好，在超級電容器領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。?

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：聚苯胺/MnO₂復(fù)合物修飾三維石墨烯復(fù)合材料，其為下述制備方法所得產(chǎn)物，包括以下步驟：?

將錳鹽、苯胺單體溶于濃度為0.1-0.5mol/L的稀硫酸溶液中，將三維石墨烯作為工作電極、飽和甘汞電極作為參比電極、鉑電極作為對電極置于上述溶液中，利用循環(huán)伏安法進(jìn)行電化學(xué)沉積，聚苯胺與MnO₂形成復(fù)合物并沉積在三維石墨烯中，即得到聚苯胺/MnO₂復(fù)合物修飾三維石墨烯復(fù)合材料。?

按上述方案，進(jìn)行電化學(xué)沉積的循環(huán)伏安法的掃描電位區(qū)間為-0.2-1.2V，掃描速率為20-100mV/s，掃描圈數(shù)為10-20圈。?

按上述方案，所述錳鹽為MnSO₄或Mn(CH₃COO)₂，濃度為0.1-0.3mol/L。?

按上述方案，所述苯胺濃度為0.05-0.2mol/L。?

所述聚苯胺/MnO₂復(fù)合物修飾三維石墨烯復(fù)合材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟：?

將錳鹽、苯胺單體溶于濃度為0.1-0.5mol/L的稀硫酸溶液中，將三維石墨烯作為工作電極、飽和甘汞電極作為參比電極、鉑電極作為對電極置于上述溶液中，利用循環(huán)伏安法進(jìn)行電化學(xué)沉積，聚苯胺與MnO₂形成復(fù)合物并沉積在三維石墨烯中，即得到聚苯胺/MnO₂復(fù)合物修飾三維石墨烯復(fù)合材料。?

所述的聚苯胺/MnO₂復(fù)合物修飾三維石墨烯復(fù)合材料作為超級電容器材料的應(yīng)用。?

本發(fā)明有以下顯著特點(diǎn)：1）復(fù)合材料的原料便宜，復(fù)合工藝簡便，制備成本低，適合大規(guī)模生產(chǎn)；2）通過控制循環(huán)伏安法的掃描參數(shù)與反應(yīng)物用量可以控制復(fù)合材料組分的配比；3）復(fù)合材料將石墨烯、MnO₂和導(dǎo)電聚苯胺復(fù)合在一起，充分利用三者的協(xié)同作用得到具有高比電容量與穩(wěn)定電化學(xué)性能的三元復(fù)合材料。?

具體實(shí)施方式

為了更好的理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于下面的實(shí)施例。?

實(shí)施例1：?

1）將0.1mol/L的MnSO₄、0.1mol/L的苯胺單體溶于濃度為0.2mol/L的稀硫酸溶液中，將三維石墨烯作為工作電極、飽和甘汞電極作為參比電極、鉑電極作為對電極置于上述溶液中，利用循環(huán)伏安法進(jìn)行電化學(xué)沉積，掃描電位區(qū)間為-0.2-1.2V，掃描速率為50mV/s，掃描20圈，聚苯胺與MnO₂形成復(fù)合物并沉積在三維石墨烯中，即得到聚苯胺/MnO₂復(fù)合物修飾三維石墨烯復(fù)合材料。?