[發(fā)明專利]一種有機(jī)染料摻雜聚苯胺/石墨烯納米纖維復(fù)合材料及其制備方法與應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811205735.2
• 申請(qǐng)日: 2018-10-17
• 公開（公告）號(hào): CN109473287B
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李寶銘;王婷玉;王肖利
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 福州大學(xué)
• 主分類號(hào): H01G11/24
• 分類號(hào): H01G11/24;H01G11/36;H01G11/48;H01G11/86
• 代理公司: 福州元?jiǎng)?chuàng)專利商標(biāo)代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學(xué)俊

本發(fā)明公開了一種有機(jī)染料摻雜聚苯胺/石墨烯納米纖維復(fù)合材料及其制備方法，其是將蒽醌?1,5二磺酸鈉加入到氧化石墨烯納米纖維分散液中，利用水熱反應(yīng)一步制備有機(jī)染料修飾的還原氧化石墨烯納米纖維；再將苯胺加入到有機(jī)染料修飾的還原氧化石墨烯納米纖維的分散液中，利用化學(xué)氧化聚合反應(yīng)制得所述復(fù)合材料。本發(fā)明制備的復(fù)合材料具有大的比表面積、高的比電容和優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性，主要用于制備超級(jí)電容器用電極，具有顯著的經(jīng)濟(jì)價(jià)值與社會(huì)效益。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電極材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種有機(jī)染料摻雜聚苯胺/石墨烯納米纖維復(fù)合材料及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)

聚苯胺由于具有原料價(jià)格低廉、合成工藝簡(jiǎn)便、化學(xué)及環(huán)境穩(wěn)定性好、經(jīng)摻雜后導(dǎo)電性和電化學(xué)性能優(yōu)異等特點(diǎn)，在生物或化學(xué)傳感器、二次電池、超級(jí)電容器、抗靜電、電磁屏蔽、防腐等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。作為超級(jí)電容器用電極材料，聚苯胺在長(zhǎng)時(shí)間的氧化還原過程中會(huì)發(fā)生反復(fù)的離子摻雜與脫摻雜，聚苯胺的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)會(huì)隨之發(fā)生反復(fù)地膨脹和收縮，導(dǎo)致聚苯胺的微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生不可逆的形變，從而造成聚苯胺的電化學(xué)穩(wěn)定性變差。為了提高聚苯胺的電化學(xué)穩(wěn)定性，研究人員采用將聚苯胺與碳材料進(jìn)行復(fù)合的方法，利用碳材料作為結(jié)構(gòu)骨架，可以有效降低氧化還原過程中聚苯胺分子鏈聚集態(tài)結(jié)構(gòu)的膨脹和收縮程度。趙佐華（趙佐華, 黃寒星, 王紅強(qiáng), 張磊, 王志洪, 馮崎鵬, 鐘新仙; 高性能聚苯胺/石墨烯復(fù)合材料的制備及在超級(jí)電容器中的應(yīng)用, 化工新型材料, 2013, (5):163-165）通過化學(xué)氧化聚合法制備了聚苯胺/石墨烯復(fù)合材料，經(jīng)電化學(xué)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，該復(fù)合材料在電流密度為0.1 A/g時(shí)，比容量為468.5 F/g，經(jīng)過1000次連續(xù)充放電，電容保持率為84.9 %。謝志春（謝志春, 吳健生, 何文斌, 顧大偉, 沈臨江; 導(dǎo)電聚苯胺-多壁碳納米管復(fù)合材料超級(jí)電容器的研究, 中國材料研討會(huì)論文集, 2009, 59-69）以多壁碳納米管為“模板”，采用化學(xué)氧化原位聚合法制備導(dǎo)電聚苯胺-碳納米管復(fù)合材料，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該復(fù)合材料的比電容為255.8 F/g，遠(yuǎn)高于聚苯胺的124.4 F/g和多壁碳納米管的46 F/g，且該復(fù)合材料在100次充放電循環(huán)后，比電容僅下降6％，表現(xiàn)出優(yōu)良的循環(huán)穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)目前聚苯胺的比電容較低、循環(huán)穩(wěn)定性較差等問題，提供一種有機(jī)染料摻雜聚苯胺/石墨烯納米纖維復(fù)合材料及其制備方法與應(yīng)用。其所得復(fù)合材料具有大的比表面積、高的比電容和優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性，可用于制備超級(jí)電容器用電極。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種有機(jī)染料摻雜聚苯胺/石墨烯納米纖維復(fù)合材料，其是先將蒽醌-1,5-二磺酸鈉（1,5-AQDS）加入到氧化石墨烯納米纖維（GONF）的分散液中，利用水熱反應(yīng)一步制備有機(jī)染料修飾的還原氧化石墨烯納米纖維（rGONF-AQDS）；再在制備的rGONF-AQDS中加入鹽酸溶液配成分散液，然后加入苯胺，利用化學(xué)氧化聚合反應(yīng)制得所述有機(jī)染料摻雜聚苯胺/石墨烯納米纖維復(fù)合材料。

具體地，其制備方法包括以下步驟：

（1）將0.08~0.12 g GONF加入到200~300 mL去離子水中，室溫下超聲60~90 min，制得GONF的分散液；向該分散液中加入0.3~0.7 g 1,5-AQDS，室溫下超聲5~15 min，制得GONF和AQDS的混合分散液；將所得混合分散液密封在帶有Teflon襯里的水熱反應(yīng)釜中，160~200 ℃下保溫反應(yīng)10~16 h，反應(yīng)產(chǎn)物用去離子水反復(fù)洗滌至濾液無色后，經(jīng)-50 ℃冷凍干燥48 h，制得rGONF-AQDS；