[發明專利]一種超快氫離子復合電極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201710404235.0
• 申請日: 2017-06-02
• 公開（公告）號: CN107248452B
• 公開（公告）日: 2018-10-16
• 發明（設計）人: 趙英淵;郭靜;馬廷麗;江念;高立國;李艷強
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: H01G11/30
• 分類號: H01G11/30;H01G11/32;H01G11/86
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 李曉亮;潘迅

本發明公開了一種超快氫離子復合電極材料及其制備方法。本發明基于苝四羧酸酐基氨基酸具有超快氫離子質子化/去質子化的電化學現象，還原氧化石墨具有較大表面積及電導率，將兩者基于π?π相互作用聚集在一起，苝四羧酸酐基氨基酸負載在還原氧化石墨上。步驟為：將苝四羧酸酐基氨基酸與氧化石墨懸浮液在高溫下混合勻速攪拌；將還原劑加入上述溶液中反應得到復合材料，離心、洗滌、干燥后得到產品。本發明制備工藝簡單、快速，復合電極材料具有超快氫離子質子化/去質子化優異的電化學性能，可以作超級電容器的電極材料，同時為多芳香環羧基化合物與碳材料的復合物在超級電容器電極材料研究方面提供理論基礎。

技術領域

本發明屬于材料領域，特別涉及一種基于苝四羧酸酐基氨基酸/還原氧化石墨超快氫離子復合電極材料及其制備方法。

背景技術

近年來，隨著全球經濟的飛速發展，化石燃料不斷減少以及環境污染嚴重等問題日益加劇，研究一種新型環保、低成本、高效率的能源轉換系統已迫在眉睫。超級電容器由于具有功率密度高，循環壽命長，環境友好等優點而引起了人們的廣泛關注，并成功應用于消費類電子產品及能源交通等領域，具有廣闊的應用前景。

根據電能的儲存與轉化機制，超級電容器可分為雙電層電容器和贗電容器。雙電層電容是在電極/溶液界面通過電子或離子的定向排列造成電荷的對峙而產生的，目前雙電層電容器的電極材料主要為碳材料，但由于其電容量較低而限制了應用發展。贗電容在電極表面或體相中的二維或準二維空間上，電活性物質發生高度可逆的化學吸脫附和氧化還原反應而產生的，贗電容器電極材料主要為過渡金屬基材料，但由于金屬基材料的導電性及穩定性差等缺點而應用受限，因此開發新型超級電容器電極材料的相關研究成為一個關鍵問題。本文研究了基于質子化/去質子化的苝四羧酸酐基氨基酸/還原氧化石墨復合電極材料，為超級電容器電極材料的發展提供了一個新的研究方向。

發明內容

本發明的目的在于公開一種作為超級電容器電極材料的超快氫離子復合材料及其制備方法。基于苝四羧酸酐基氨基酸具有超快氫離子質子化/去質子化的電化學現象，還原氧化石墨具有較大表面積及電導率，兩者可通過π-π相互作用而聚集，充分發揮兩者的優點而表現出良好的電化學性能。

為了達到上述目的，本發明采取的技術方案為：

一種超快氫離子復合電極材料包括苝四羧酸酐基氨基酸和還原氧化石墨，基于苝四羧酸酐基氨基酸具有超快氫離子質子化/去質子化的電化學現象，還原氧化石墨具有較大表面積及良好的電導率，以還原氧化石墨作為基底，二者通過π-π相互作用聚集，苝四羧酸酐基氨基酸負載在還原氧化石墨上，形成具有優異的電化學性能苝四羧酸酐基氨基酸/還原氧化石墨超快氫離子復合電極材料。所述苝四羧酸酐基氨基酸與氧化石墨的質量比為0.2～0.8：0.05～0.2。

上述超快氫離子復合電極材料的制備方法，該制備方法利用苝四羧酸酐基氨基酸具有超快氫離子質子化/去質子化的電化學現象，還原氧化石墨具有較大表面積及電導率，兩者通過π-π相互作用聚集在一起形成具有優異的電化學性能苝四羧酸酐基氨基酸/還原氧化石墨超快氫離子復合電極材料。包括以下步驟：

第一步，將苝四羧酸酐基氨基酸與氧化石墨懸浮液放入圓底燒瓶中，在70～100℃、攪拌均勻條件下，反應3～7小時得到含有苝四羧酸酐基氨基酸/氧化石墨復合物的混合溶液。

所述苝四羧酸酐基氨基酸是苝四羧酸酐基谷氨酸、苝四羧酸酐基甘氨酸、苝四羧酸酐基天冬氨酸中的一種。

所述氧化石墨懸浮液質量濃度為1～4毫克/毫升。

所述苝四羧酸酐基氨基酸與氧化石墨的質量比為0.2～0.8：0.05～0.2。

第二步，在第一步得到的混合溶液中加入用于還原氧化石墨的還原劑，在80～100℃條件下反應0.5～4小時后，離心、洗滌、干燥，得到苝四羧酸酐基氨基酸/還原氧化石墨的超快氫離子復合電極材料。