[發明專利]一種氧化石墨/聚苯胺/空心管狀二氧化錳復合材料及其合成方法

有效

• 申請號: 201611219378.6
• 申請日: 2016-12-26
• 公開（公告）號: CN106653393B
• 公開（公告）日: 2018-05-25
• 發明（設計）人: 李強;李國金;付廣勝;韓軍建
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: H01G11/48
• 分類號: H01G11/48;H01G11/86;C08G73/02
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 盧敏;何梅生

本發明公開了一種氧化石墨/聚苯胺/空心管狀二氧化錳復合材料及其合成方法，其是在片狀氧化石墨的表面生長有一層聚苯胺，在聚苯胺的表面生長有空心管狀的二氧化錳。本發明的方法簡單，所得產物形貌均勻，結合了氧化石墨、聚苯胺和二氧化錳三者的優勢，作為超級電容器的電極材料時具有更好的性能。

技術領域

本發明涉及超級電容器領域和納米材料合成領域，具體涉及一種氧化石墨/聚苯胺/空心管狀二氧化錳復合材料及其合成方法。

背景技術

超級電容器作為一種兼有傳統電容器與二次電池優點的新型儲能器件，能提供高于傳統電容器的能量密度，以及相較于二次電池更加優異的功率密度和循環壽命，有望廣泛應用在能量轉化、航天系統、通訊工程以及微電子器件等領域。從能量存儲機理來看，超級電容器主要有：以碳相關材料做電極，依靠在電極/電解液表面的電荷分離來存儲能量的雙電層電容器；以聚合物、金屬氧化物做電極，依靠電極在電解液中的法拉第反應來存儲能量的贗電容器。在聚合物中，聚苯胺(PANI)、聚吡咯(PPy)、聚噻吩(PTH)及其衍生物是用于超級電容器的三類主要導電聚合物。其中，聚苯胺(PANI)作為一種多功能導電高分子材料，以合成方法簡單、原料價廉易得、良好的化學穩定性和熱穩定性、較高的電導率及良好的電化學性能等優點而被廣泛的用于超級電容器的電極材料。

碳材料，如活性炭、介孔碳、碳納米管以及氧化石墨烯(GO)等，有著優良的穩定性。近年來，利用PANI與碳材料復合來改善導電聚合物電極材料電容性能的研究頗為引人注目。GO是石墨烯的重要衍生物，表面含有大量功能性基團，如羥基、羧基、環氧基、羰基等。這些含氧基團的接入賦予GO一些獨特性質，如分散性、親水性與優異的復合性能，使其成為一種潛在的制備復合薄膜的良好材料。此外，GO還具有比表面積大、機械性能優異等特性。GO在水以及極性有機溶劑中具有較好的溶解性，并且可在聚合物基體中形成納米級分散。GO制備過程簡單、原料石墨價廉易得，使其更適宜作為超級電容器的電極材料。

在過渡金屬氧化物中，二氧化錳最適合作為超級電容器的電極材料，因為它價格低廉，自然界存儲豐富，不會對環境造成污染，且具有很高的理論比電容。但由于較差的導電性以及形貌上的固有缺陷限制了其在超級電容器上的應用。若能將二氧化錳與其他材料組合起來，利用各自的優點，并注意其整體的形貌，作為超級電容器的電極時有望可以最大限度的提高整體的比電容，因此，具有很大的研究價值。

發明內容

本發明是為避免上述現有技術所存在的問題，提供一種氧化石墨/聚苯胺/空心管狀二氧化錳復合材料及其合成方法，以期可以將氧化石墨、聚苯胺及二氧化錳結合起來，利用各自的優點，作為超級電容器的電極材料，提高其性能。

本發明解決技術問題，采用如下技術方案：

本發明氧化石墨/聚苯胺/空心管狀二氧化錳復合材料的合成方法，包括如下步驟：

(1)將氧化石墨與聚苯乙烯磺酸鈉分散在去離子水中并進行細胞粉碎超聲處理，然后離心去除固態不溶物，獲得均勻分散液；

(2)將苯胺單體均勻溶于氯仿中，獲得苯胺溶液；

(3)將過硫酸銨溶于稀鹽酸中，然后倒入步驟(1)所得分散液中，攪拌均勻，得反應液；

(4)將步驟(2)所得苯胺溶液倒入步驟(3)所得反應液中，緩慢攪拌，使苯胺在氧化石墨表面進行聚合反應，然后離心分離，獲得氧化石墨/聚苯胺復合材料；

(5)將氧化石墨/聚苯胺復合材料加入到去離子水中，超聲分散均勻，加入醋酸錳并繼續超聲至分散均勻，然后攪拌10～12h，得混合液；

(6)將高錳酸鉀溶于去離子水中，然后逐滴加入到步驟(5)所得混合液中，不間斷攪拌20～24小時，所得產物離心分離、清洗，即獲得氧化石墨/聚苯胺/空心管狀二氧化錳復合材料。