[發明專利]一種電活性分子接枝石墨烯摻雜導電聚合物電極材料的制備方法

在審

• 申請號: 201510215407.0
• 申請日: 2015-04-30
• 公開（公告）號: CN104934236A
• 公開（公告）日: 2015-09-23
• 發明（設計）人: 韓永芹;申明霞;曾少華;郭義;袁宗陽;段鵬鵬
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: H01G11/86
• 分類號: H01G11/86;H01G11/48;H01G11/34
• 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

本發明涉及一種電活性分子接枝石墨烯摻雜導電聚合物電極材料制備方法，屬于超級電容器電極用材料領域。

背景技術

作為一種綠色環保、性能優異的新型儲能器件，超級電容器具有功率密度高、充電時間短、使用壽命長和對環境無污染等優點，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。但其能量密度（一般<10Wh/kg）仍較低，限制了在大量存儲領域上的應用。電極材料是超級電容器的重要組成部分，是影響超級電容器性能和生產成本的關鍵因素。目前用于制備超級電容器的電極材料主要分為碳、金屬氧化物、導電聚合物三大類。

高表面積碳電極材料制造成本低廉，但獲得的能量密度低；貴金屬氧化物能獲得較高的能量密度，但材料成本高。導電聚合物，如聚苯胺（PANI）、聚吡咯（PPy）、聚噻吩（PTh）及其衍生物等，因其電化學充放電的動力學過程快(即摻雜與去摻雜過程迅速),電荷可在整個材料體積內儲存，且成本較貴金屬氧化物低，因而引起了人們的重視，但其循環穩定性差是制約導電聚合物在超級電容器進一步發展和應用的瓶頸。

因此導電聚合物/石墨烯復合電極材料近年來成為研究熱點，導電聚合物與石墨烯的復合通常通過原位化學或電化學聚合法來實現，已具備良好的研究基礎[Meng?YN,?Wang?K,?Zhang?YJ,?Wei?ZX.?Hierarchical?porous?graphene/polyaniline?composite?film?with?superior?rate?performance?for?flexible?supercapacitors.?Adv.?Mater.,?2103,?25:6985-6990.Kumar?NA,?Choi?HJ,?Shin?YR,?Chang?DW,?Dai?LM,?Baek?JB.?Polyanline-grafted?reduced?graphene?oxide?for?efficient?electrochemical?supercapacitors.?ACS?Nano,?2012,6:1715-1723.?Zhao?Y,?Liu?J,?Hu?Y,?Cheng?HH,?Hu?CG,?Jiang?CC,?et?al.?Highly?compression-tolerant?supercapacitor?based?on?polypyrrole-mediated?graphene?foam?electrodes.?Adv.?Mater.,2013,25:591-595.]。但復合電極材料循環穩定性的提高依賴于石墨烯的用量，過多的石墨烯的加入會引起石墨烯的團聚，不利于其能量密度的提高。因此，在現有基礎上如何實現導電聚合物/石墨烯復合電極材料循環穩定性和能量密度的雙贏仍需進一步深入研究。

發明內容

為了解決以上問題，本發明的目的是提供一種電活性分子接枝石墨烯摻雜導電聚合物電極材料的制備方法，將蒽醌類電活性分子接枝在石墨烯表面，賦予石墨烯良好的氧化還原活性與分散性，并拓寬其電位窗口，提高其能量密度。其次，通過選擇石墨烯為基體，賦予蒽醌類電活性分子良好的摻雜穩定性，制備具有穩定摻雜納米結構的導電聚合物，提高其循環穩定性。此種方法國內外尚未見報道。

為了實現上述的發明目的，本發明采用的技術方案如下：

?一種電活性分子接枝石墨烯摻雜導電聚合物電極材料的制備方法，其特征步驟如下：

(1)??將蒽醌類電活性分子接枝石墨烯溶于水中，攪拌并利用超聲波分散形成溶液；所述的蒽醌類電活性分子為1-氨基蒽醌，1,4-二氨基蒽醌，2,6-二氨基蒽醌，1-氨基蒽醌-5-磺酸鹽，1-氨基蒽醌-2-磺酸鹽，?1-氨基蒽醌-2-甲酸鹽中的一種，蒽醌類電活性分子接枝石墨烯的濃度為0.01g/L-1g/L;

(2)???將導電聚合物單體加入上述溶液中，攪拌并利用超聲波分散形成反應體系，所采用的導電聚合物單體為苯胺、間苯二胺、吡咯、3,4-乙撐二氧噻吩中的一種，蒽醌類電活性分子接枝石墨烯與導電聚合物單體的質量比為：1:1-1:99。

(3)???將氧化劑溶解于水中制成溶液，一次性加入步驟(2)形成的反應體系，混合均勻，?導電聚合物單體與氧化劑的摩爾比為1:1-1:8。所述的氧化劑是過硫酸銨、過硫酸鉀或無水三氯化鐵；

（4）在攪拌條件于-10-30℃反應6-24h，產物用去離子水反復清洗，并于真空干燥箱內干燥，烘干溫度是60℃，烘干時間為24h，得到電活性石墨烯摻雜導電聚合物電極材料。