[發明專利]一類石墨烯/聚(1,3,6,8?四噻吩芘)納米卷復合材料的制備

在審

• 申請號: 201710526088.4
• 申請日: 2017-06-30
• 公開（公告）號: CN107359056A
• 公開（公告）日: 2017-11-17
• 發明（設計）人: 汪聯輝;趙保敏;王正;傅妮娜;王一姣
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: H01G11/86
• 分類號: H01G11/86;H01G11/48;H01G11/36;H01G11/24;B82Y40/00
• 代理公司: 南京知識律師事務所32207
• 代理人: 李吉寬

技術領域

本發明涉及石墨烯/聚(1,3,6,8-四噻吩芘)納米卷復合材料的制備，屬于材料技術領域。

背景技術

石墨烯，單原子厚度的新型二維碳納米材料，擁有著眾多特殊的優點，如超高的比表面積、快速的電子傳輸能力、優秀的機械性能和力學性能、顯著的導熱性能、以及非凡的彈性性能，這些性能使得石墨烯成為一種非常具有潛力的材料，并且可以被應用在各個工業方面，如鋰離子電池、超級電容器、太陽能電池、透明電極、電子晶體管、生物傳感檢測、氣體存儲等超多方面。但是單純的石墨烯材料，由于在技術制備的過程中，容易形成堆疊和團聚，所以石墨烯基復合材料的引入，既最大化地利用了石墨烯的性能，而又有著摻入化合物的自身優勢。

超級電容器是一種高效電子傳遞和儲能的電池體系，因為自身的容量大、循環使用壽命長、安全性能高、穩定性優越等優點，是一種最有希望和潛力取代鋰離子電池的一種電子器件，同樣也被廣泛地應用于各種電源供應設備。石墨烯，一種擁有者超高比表面積和超迅速的電子傳遞能力的新型2維碳材料，自橫空出世以來，便獲得廣泛的關注，作為應用于超級電容器的電極材料被科研人員抱著極大的希望和熱情。

由于聚(1,3,6,8-四噻吩芘)這種聚合物的比電容值很高，但是性能卻不穩定，而石墨烯這個模板正好可以起到穩定聚(1,3,6,8-四噻吩芘)的結構，并且聚(1,3,6,8-四噻吩芘)也可以讓石墨烯的片層更加的平展，以獲取更好的電子流動速率和更高的比電容值。石墨烯在通過氧化石墨烯還原的過程中，由于表面含氧官能團的去除，表面由親水性轉換為疏水性，層與層之間容易團聚和堆疊，從而影響了石墨烯原本的比表面積比較大的特點發揮。而聚合物的插入，可以有效地間隔石墨烯層與層之間的距離，防止石墨烯在還原過程中的堆疊和團聚，可以起到一個很好的擴充支架間隔物的作用。另外，單純的石墨烯用來制備超級電容器的電極的話，由于本身電子傳輸能力非常快，當電子從超級電容器的正極到負極的過程中，電子無法長久保留，使得超級電容器的蓄電能力非常低。而加入高分子導電聚合物后，復合物中，有蓄電能力非常良好的聚 (1,3,6,8-四噻吩芘)，石墨烯的加入又對于聚合物起著非常好的穩定性能。

發明內容

發明目的：本發明針對石墨烯超高的比表面積以及超強的電子傳輸能力，通過與聚(1,3,6,8-四噻吩芘)這種導電聚合物的原位共混還原反應，制備出的石墨烯/聚 (1,3,6,8-四噻吩芘)納米卷的復合材料應用于超級電容器的電極材料中，既利用石墨烯的超高的比電容值優點，又利用聚(1,3,6,8-四噻吩芘)誘導生成三維石墨烯卷的特性；制備得到新型石墨烯納米卷結構，是一種非常有潛力的超級電容器電極材料。本發明制備石墨烯/聚(1,3,6,8-四噻吩芘)納米卷復合材料，作為超級電容器的電極材料可以獲得較高的比電容值。

技術方案：本發明的一類石墨烯/聚(1,3,6,8-四噻吩芘)納米卷復合材料的制備原理圖如圖5所示。

本發明制備原理圖所述的聚(1,3,6,8-四噻吩芘)，具有如下結構：

聚(1,3,6,8-四噻吩芘)

本發明制備原理圖所述聚(1,3,6,8-四噻吩芘)的制備方法是經過三氯化鐵在氯苯、鄰二氯苯或對二氯苯，40～60度條件下，氧化脫氫聚合反應制備。聚(1,3,6,8-四噻吩芘)的制備方法，其特征是經過三個步驟。步驟一，將1,3,6,8-四噻吩芘(1.0g,1.5mmol) 緩慢溶于50mL溶劑中。步驟二，將三氯化鐵(1.1g.6.5mmol)溶解于硝基甲烷(3～5 mL)中。步驟三，在氮氣流下，用注射器緩慢滴加三氯化鐵溶液到1,3,6,8-四噻吩芘中，待滴加完全后，在40～60度下繼續反應24～48小時，有固體析出后，抽濾析出的固體，以氯仿或二氯甲烷洗滌濾出的固體，最后得到所需聚(1,3,6,8-四噻吩芘)。

本發明原理通式所述一類石墨烯/聚(1,3,6,8-四噻吩芘)納米卷復合材料的制備步驟包括：

a.將30mg的氧化石墨烯，放入50mL的微波反應管中，并加入10mL的 N,N-二甲基甲酰胺或N,N-二甲基乙酰胺，放入超聲機中超聲0.5～1小時。

b.將10～60mg的聚(1,3,6,8-四噻吩芘)，加入步驟a的溶液中，繼續超聲1小時。

d.混合超聲之后，溶液呈現磚紅色或紅褐色，并向其中加入2～4mL的水合肼溶液，并加入微波專用磁子，以程序升溫方式，微波加熱至120～140℃，反應30min。