[發(fā)明專利]一種鉬基多酸/聚苯胺/氧化石墨烯三元復(fù)合材料及其制備方法和用途

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710593375.7
• 申請(qǐng)日: 2017-07-20
• 公開（公告）號(hào): CN107189429B
• 公開（公告）日: 2020-04-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宋宇飛;刁洪玲;胡君;陳偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京化工大學(xué)
• 主分類號(hào): C08L79/02
• 分類號(hào): C08L79/02;C08K3/24;C08K3/04;C08G73/02;H01G11/24;H01G11/30;H01G11/48
• 代理公司: 北京太兆天元知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11108
• 代理人: 張洪年

本發(fā)明提供了一種鉬基多酸/聚苯胺/氧化石墨烯三元復(fù)合材料及其制備方法和在電化學(xué)超級(jí)電容器上的應(yīng)用。本發(fā)明采用原位合成方法制備氧化石墨烯/聚苯胺陣列，將其分散于水中后向其中加入鉬基多酸，通過靜電組裝制備鉬基多酸/聚苯胺/氧化石墨烯三元復(fù)合材料。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了多酸導(dǎo)電聚合物以及氧化石墨烯多元材料的有序組裝，拓展了多酸基復(fù)合材料的電化學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域。所制得的三元復(fù)合材料在納米級(jí)別可控，同時(shí)利用氧化石墨烯/聚苯胺陣列上的聚苯胺與多酸的靜電作用，實(shí)現(xiàn)了多酸的固載化。通過調(diào)節(jié)多酸的種類，可以得到一系列不同的三元復(fù)合材料，作為電極材料，應(yīng)用于電化學(xué)超級(jí)電容器中。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無機(jī)-有機(jī)復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種鉬基多酸/聚苯胺/氧化石墨烯三元復(fù)合材料及其制備方法和在電化學(xué)超級(jí)電容器上的應(yīng)用。

背景技術(shù)

多金屬氧酸鹽(Polyoxometalates，簡稱POMs)簡稱多酸，經(jīng)過近兩個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，多酸研究取得了長足的發(fā)展和進(jìn)步。合成方法上，多酸由最初發(fā)現(xiàn)時(shí)的無目的及不可控性合成向以構(gòu)筑基元為策略的有序組裝及可控合成發(fā)展，使得多酸合成進(jìn)入了分子剪裁和組裝階段；從對(duì)穩(wěn)定氧化態(tài)化合物的合成、研究，發(fā)展到了關(guān)于組裝亞穩(wěn)態(tài)和變價(jià)化合物的合成、研究及應(yīng)用；從對(duì)單一簡單結(jié)構(gòu)的研究到以其作為基本單元的修飾化和拓展結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、研究及應(yīng)用，從而突破了原本簡單多酸結(jié)構(gòu)的范疇，并發(fā)掘出了大量具有特殊結(jié)構(gòu)和功能性質(zhì)的多酸及多酸基化合物。多酸因其良好的性質(zhì)與有機(jī)、生物及分析化學(xué)、材料科學(xué)和能源科學(xué)等交叉滲透，有效推動(dòng)了其它衍生分支學(xué)科的發(fā)展。

近年來，由于石墨烯及其衍生物具有較大的比表面積、優(yōu)異的電子傳導(dǎo)能力、良好的機(jī)械強(qiáng)度以及熱穩(wěn)定性，其在光、電、磁、熱等方面有著非常廣闊的應(yīng)用前景。其中，化學(xué)修飾石墨烯由于可調(diào)變種類多，其可廣泛應(yīng)用于產(chǎn)發(fā)射晶體管、生物探針、儲(chǔ)能材料以及聚合物復(fù)合材料制備等方面。因此，作為化學(xué)修飾石墨烯中的重要一員，氧化石墨烯是一類潛在的優(yōu)異的儲(chǔ)能材料。

導(dǎo)電聚合物具有獨(dú)特的共軛結(jié)構(gòu)、靈活性、多樣性、成本低和易加工等特點(diǎn)，使其在顯示器、傳感器、生物醫(yī)藥和電子器件等方面得到廣發(fā)的應(yīng)用。聚苯胺是一類最優(yōu)應(yīng)用前景和有發(fā)展?jié)撃艿膶?dǎo)電聚合物，因?yàn)榫郾桨返母叩膶?dǎo)電性、獨(dú)特的摻雜性能、原料易得和好的環(huán)境穩(wěn)定性，使其在太陽能電池、超級(jí)電容器、電子變色期間和傳感器方面有廣發(fā)的應(yīng)用。因此，聚苯胺導(dǎo)電聚合物一直是科學(xué)家關(guān)注和研究的熱點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是將鉬基多酸、聚苯胺和氧化石墨烯通過原位合成和靜電負(fù)載技術(shù)合成三元復(fù)合電極材料并且應(yīng)用于電化學(xué)超級(jí)電容器電極材料。POMs、PANi 和GO組裝的次序不同對(duì)其作為超級(jí)電容器的電極材料的性能有著很大的影響，制備的三元復(fù)合材料的次序?qū)τ谧鳛槌娙莸碾姌O材料的性能有了很大的提升， GO/PANi-PMo₁₂在1A/g的電流密度下其比容量可以達(dá)到1071F/g。本發(fā)明采用了在GO/PANi陣列上靜電負(fù)載多酸合成了三元復(fù)合材料并研究了其在電化學(xué)超級(jí)電容器的應(yīng)用研究。

一種鉬基多酸/聚苯胺/氧化石墨烯三元復(fù)合材料，鉬基多酸與聚苯胺/氧化石墨烯陣列的質(zhì)量比為0.3-0.6：1，聚苯胺陣列高度為50nm-100nm。

進(jìn)一步的，所述鉬基多酸為Keggin型多酸，其分子式為H_3+xPMo_12-xV_xO₄₀，其中x＝0,1,2,或3中的任意一個(gè)。

一種鉬基多酸/聚苯胺/氧化石墨烯三元復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟：

1)原位合成法制備聚苯胺/氧化石墨烯陣列：將氧化石墨烯分散于HClO₄溶液和乙醇的混合液中，加入苯胺單體后，在(-20)-(-5)℃下加入過硫酸銨誘導(dǎo)聚合，得到聚苯胺/氧化石墨烯陣列；