[發(fā)明專利]一種金屬離子摻雜制備不同形貌氧化石墨烯/聚苯胺復(fù)合電極材料的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410460961.0
• 申請日: 2014-09-11
• 公開（公告）號: CN104231623A
• 公開（公告）日: 2014-12-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 金政;蘇琳杰;趙東宇;秦川麗
• 申請（專利權(quán)）人: 黑龍江大學(xué)
• 主分類號: C08L79/02
• 分類號: C08L79/02;C08G73/02;C08K9/02;C08K3/04;C08K3/28;C01B31/04
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所 23109
• 代理人: 牟永林

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種制備氧化石墨烯/聚苯胺復(fù)合電極材料的方法。

背景技術(shù)

石油、煤和天然氣資源的嚴(yán)重短缺已經(jīng)成為影響當(dāng)今世界的主要問題，人類正不斷地探索、研究和開發(fā)各種可再生的新能源。超級電容器是近十年來發(fā)展起來的一種環(huán)境友好的新型儲(chǔ)能元件，在眾多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。因?yàn)槠錈o可替代的優(yōu)越性，逐漸受到人們的重視。它具有突出的優(yōu)點(diǎn)：功率密度大、循環(huán)壽命長、充放電效率高，而且無污染，環(huán)境友好，因此成為當(dāng)前電化學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。

電極材料是超級電容器的核心部件，對超級電容器的性能起著關(guān)鍵性作用，因此研發(fā)具有優(yōu)異電化學(xué)性能的電極材料，是超級電容器研究中最核心的課題。近些年來超級電容器電極材料的研究引起了國內(nèi)外研究者的廣泛關(guān)注，電極材料包括孔碳材料及其復(fù)合材料，導(dǎo)電聚合物材料，具有優(yōu)良電化學(xué)性能的金屬氧化物電極材料。

雙電層超級電容器的進(jìn)一步發(fā)展主要依靠于新型電極材料的開發(fā)。其中碳材料是受關(guān)注最多的一類電極材料。金屬電極材料由于優(yōu)異的電化學(xué)性能，使其成為了良好的超級電容器電極材料。石墨烯因其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)及優(yōu)異的性能，使其成為碳家族的新材料。將金屬氧化物與石墨烯制成復(fù)合材料，充分利用金屬氧化物高的電化學(xué)性能及石墨烯較好的循環(huán)穩(wěn)定性能。氧化石墨是石墨經(jīng)過深度氧化后，層間距及表面官能團(tuán)遠(yuǎn)大于石墨的層狀碳材料，經(jīng)過一系列的氧化過程后，其表面存在大量的活性含氧官能基團(tuán)，這有利于與其他物質(zhì)進(jìn)行復(fù)合。如今，納米技術(shù)的發(fā)展使納米無機(jī)物/聚合物復(fù)合材料也得到了廣泛的關(guān)注，這些納米級復(fù)合材料表現(xiàn)出單一聚合物材料所不具備的優(yōu)越的性能。其中以石墨烯為基體并與聚合物進(jìn)行復(fù)合在現(xiàn)代納米科學(xué)技術(shù)中引起了研究的熱潮。而單一電極材料總有一定程度的性能上的缺陷，人們希望通過兩種或多種材料組成復(fù)合材料，以達(dá)到性能互補(bǔ)的效果。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是要解決現(xiàn)有氧化石墨烯/聚苯胺復(fù)合電極材料電容性能低的問題，而提供一種金屬離子摻雜制備不同形貌氧化石墨烯/聚苯胺復(fù)合電極材料的方法。

本發(fā)明一種金屬離子摻雜制備不同形貌氧化石墨烯/聚苯胺復(fù)合電極材料的方法是按以下步驟進(jìn)行：

一、氧化石墨烯的制備：將石墨粉和濃硫酸加入到三頸瓶中，在室溫的條件下攪拌30min～60min后放入冰水浴中繼續(xù)攪拌，在冰水浴中攪拌的條件下向三頸瓶中加入硝酸鈉，再向三頸瓶中加入高錳酸鉀，反應(yīng)2h～4h至無顆粒狀沉淀和懸浮物；然后轉(zhuǎn)移至室溫繼續(xù)攪拌2h～4h后，再轉(zhuǎn)移至35℃水浴條件下靜置24h～36h；然后向三頸瓶中加入蒸餾水，攪拌20min～40min后超聲分散1h～2h；再向三頸瓶中加入濃度為30％的雙氧水至溶液呈金黃色，然后加入鹽酸至不溶物溶解，離心，取粘稠物；將粘稠物裝入濾膜中滲析，直至滲析液的pH為6.8～7.2，得到氧化石墨烯樣品；

步驟一中所述的硝酸鈉加入方式如下：將硝酸鈉平均分5次投加；

步驟一中所述的高錳酸鉀加入方式如下：將高錳酸鉀平均分5次投加；

所述石墨粉的粒度小于30μm，碳含量為99.85％；所述濃硫酸的濃度為95％～98％；

所述石墨粉的質(zhì)量與濃硫酸的體積比為1g:(40～60)mL；所述石墨粉與硝酸鈉的質(zhì)量比為1:1；所述石墨粉與高錳酸鉀的質(zhì)量比為1:(8～12)；

二、將步驟一得到的氧化石墨烯樣品超聲分散4h～6h后，得到超聲后的氧化石墨烯樣品；然后在20℃水浴中將超聲后的氧化石墨烯樣品和濃度為0.1mol/L的苯胺溶液加入到濃度為1.5mol/L的鹽酸溶液中，再向其中加入硝酸鹽，超聲震蕩1h～2h，然后向反應(yīng)體系中以0.2mL/min～0.4mL/min的速度滴加濃度為0.1mol/L的過硫酸銨溶液，在室溫條件下恒溫聚合3h，過濾，清洗至中性，然后置于60℃鼓風(fēng)干燥箱中進(jìn)行干燥處理1h～2h，得到金屬離子摻雜的氧化石墨烯/聚苯胺復(fù)合材料；所述硝酸鹽為六水硝酸鎳和六水硝酸鈷中的一種或兩種的混合物；所述超聲后的氧化石墨烯樣品與濃度為0.1mol/L的苯胺溶液的體積比為1:1；所述超聲后的氧化石墨烯樣品與濃度為1.5mol/L的鹽酸溶液的體積比為1:(10～15)；所述超聲后的氧化石墨烯樣品的體積與硝酸鹽的質(zhì)量比為1mL:(0.3～0.6)g；所述超聲后的氧化石墨烯樣品與濃度為0.1mol/L的過硫酸銨溶液的體積比為1:(10～20)；