[發明專利]一種三維介孔石墨烯/聚苯胺復合材料的制備方法

在審

• 申請號: 201810021525.1
• 申請日: 2018-01-10
• 公開（公告）號: CN108359092A
• 公開（公告）日: 2018-08-03
• 發明（設計）人: 侯朝霞;趙藍蔚
• 申請（專利權）人: 沈陽大學
• 主分類號: C08G73/02
• 分類號: C08G73/02;C08K3/04;C08K9/02
• 代理公司: 沈陽技聯專利代理有限公司 21205
• 代理人: 趙越

一種三維介孔石墨烯/聚苯胺復合材料的制備方法，涉及一種納米復合材料的制備方法，包括三維石墨烯的制備：將氧化石墨烯與去離子水混合，超聲分散后獲得氧化石墨烯分散液；將該氧化石墨烯分散液置于聚四氟乙烯反應釜中水熱反應得到三維石墨烯；三維介孔石墨烯的制備：將三維石墨烯浸泡于堿性溶液中，經真空冷凍干燥后，在氮氣或氬氣氣氛下活化反應，經酸洗和去離子水洗滌干燥得到三維介孔石墨烯；三維介孔石墨烯/聚苯胺復合材料的制備：將三維介孔石墨烯分散于酸性溶液中，并加入苯胺和過硫酸銨，在冰鹽浴條件下，原位聚合得到三維介孔石墨烯/聚苯胺復合材料。該材料應用于超級電容器電極材料、儲能材料及導熱材料等領域。

技術領域

本發明涉及一種納米復合材料的制備方法，特別是涉及一種三維介孔石墨烯/聚苯胺復合材料的制備方法。

背景技術

石墨烯的團聚和堆疊一直影響其在電容器方面的應用，不少研究人員制備了具有大的比表面積和多孔結構的三維石墨烯，并將三維石墨烯與聚苯胺進行復合，形成泡沫狀、納米薄膜和網狀結構等來提高石墨烯在儲能方面的應用。三維石墨烯/聚苯胺復合材料制備方法不同，得到的復合材料結構和性能也存在差異。目前，制備的方法主要有原位聚合法、電化學聚合法和自組裝法等。原位聚合法是將石墨烯均勻的分散到苯胺溶液中，使二者發生聚合反應，在石墨烯表面覆著聚苯胺，使石墨烯的結構不發生變化。目前制備復合材料大多采用原位聚合法，是比較成熟的制備方法。

公告號為CN104559176A的中國專利申請“一種三維還原氧化石墨烯/聚苯胺復合材料的制備方法”通過將氧化石墨烯與聚苯胺原位復合再經水熱還原獲得三維多孔石墨烯/聚苯胺復合材料。公告號為CN105254877A的中國專利申請“一種三維石墨烯/聚苯胺復合材料的制備方法”是通過聚糠醇模板構建石墨烯的三維結構，再通過水熱法制備出三維石墨烯/聚苯胺復合材料。公告號為CN104558597A的中國專利申請“多孔石墨烯/聚苯胺復合材料的制備方法”是通過在氧化石墨烯溶液中引入碳酸鹽沉淀，在堿性條件下經化學水熱還原及去碳酸鹽后，原位聚合獲得多孔石墨烯/聚苯胺復合材料。

唐偉（唐偉, 三維石墨烯/聚苯胺復合材料的制備及其電化學性能的研究[D].南京:南京郵電大學. 2015）以碳酸鈣為模板制備的三維石墨烯/聚苯胺復合材料，具有相互貫通的孔結構，在低電壓條件下循環穩定性高。許健君（許健君.石墨烯與聚苯胺復合海綿制備及性能研究[D].哈爾濱:哈爾濱理工大學. 2015）采用原位聚合及冷凍干燥法制備出的石墨烯/聚苯胺復合海綿的比電容高并具有三維多孔網狀結構，隨著聚苯胺含量的增加，復合材料的比電容也逐漸增大，最高可達到487 F/g，可應用于超級電容器領域。羅健萍等人（羅健萍等. 高分子材料科學與工程, 2017, 33(03):84-88）也采用原位聚合及冷凍干燥法合成了三維多孔結構石墨烯/聚苯胺復合材料，在電流密度為0.5 A/g時，復合材料的比電容為321.91 F/g，比還原前高出81.53 F/g。

上述已公開的方法制備出的三維多孔石墨烯/聚苯胺復合材料多為大孔結構，復合材料的比表面積和孔容提高有限，目前尚未有采用水熱還原結合堿活化的方法制備三維介孔石墨烯再將其與苯胺原位聚合制備三維介孔石墨烯/聚苯胺復合材料的相關報道。此外，本申請提出的堿浸泡后真空冷凍干燥的方法有效提高了堿在三維石墨烯基體上的均勻分布，確保了三維石墨烯整體刻蝕得非常均勻。

發明內容

本發明的目的在于提供一種三維介孔石墨烯/聚苯胺復合材料的制備方法，本發明制備三維介孔石墨烯并使苯胺在三維介孔石墨烯上原位聚合成聚苯胺，制備方法簡單，得到的復合材料電化學性能良好。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種三維介孔石墨烯/聚苯胺復合材料的制備方法，所述方法包括以下制備步驟：

a. 三維石墨烯的制備：將氧化石墨烯與去離子水混合，超聲分散后獲得氧化石墨烯分散液；將該氧化石墨烯分散液置于聚四氟乙烯反應釜中水熱反應一段時間，冷卻后真空抽濾，用去離子水反復洗滌，之后真空冷凍干燥，得到三維石墨烯；