[發(fā)明專(zhuān)利]一種分子級(jí)金屬酞菁(酞菁)/石墨烯(氧化石墨烯)復(fù)合材料的制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910530384.0
• 申請(qǐng)日: 2019-06-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112117132A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-12-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙永男;高海燕;王青
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 天津工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H01G11/30
• 分類(lèi)號(hào): H01G11/30;H01G11/36;H01G11/86
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明公開(kāi)了一種金屬酞菁(酞菁)/石墨烯(氧化石墨烯)復(fù)合材料的制備方法，涉及到金屬酞菁(酞菁)/石墨烯(氧化石墨烯)復(fù)合材料在超級(jí)電容器中的應(yīng)用，制備方法包括：將石墨烯(氧化石墨烯)分散；金屬酞菁(酞菁)加入到氧化石墨烯分散液中超聲攪拌，洗滌，干燥；將得到的樣品進(jìn)行熱處理。本發(fā)明方法簡(jiǎn)便，易于操作可以大面積的生產(chǎn)。采用本方法制備的金屬酞菁(酞菁)/石墨烯(氧化石墨烯)復(fù)合材料無(wú)毒，對(duì)環(huán)境友好，并且組裝的超級(jí)電容器具有較大的比電容，優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及超級(jí)電容器正極材料的制備方法，具體涉及一種分子級(jí)金屬酞菁(酞菁)/石墨(氧化石墨烯)復(fù)合材料的制備方法，屬于超級(jí)電容器材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著科技的發(fā)展，能源危機(jī)和環(huán)境污染等問(wèn)題日益嚴(yán)重，解決新型綠色可持續(xù)能源的開(kāi)發(fā)與儲(chǔ)存問(wèn)題已經(jīng)迫在眉睫。超級(jí)電容器作為一種高效的儲(chǔ)能器件，擁有功率密度大，循環(huán)性能好，能夠進(jìn)行快速的充放電，無(wú)毒，環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)，逐漸應(yīng)用于日常生活中。然而，小功率的超級(jí)電容器難以滿足電動(dòng)汽車(chē)和混合動(dòng)力汽車(chē)的需求，因此，開(kāi)發(fā)大功率超級(jí)電容器勢(shì)在必行。

超級(jí)電容器能量密度的不足(約為鋰離子電池的三分之一)，嚴(yán)重限制了其在實(shí)際中的應(yīng)用。提高電極材料的比容量和增大超級(jí)電容器的工作電壓窗口可以有效提高能量密度。

采用分子級(jí)別的復(fù)合方式將金屬酞菁與石墨烯(氧化石墨烯)進(jìn)行復(fù)合，不僅可以提供離子轉(zhuǎn)移通道，增加與電解質(zhì)的接觸活性位點(diǎn)，同時(shí)可以增加碳基材料在充放電個(gè)過(guò)程中的穩(wěn)定性，使電極材料在大電流密度下保持良好的倍率性能，保證了超級(jí)電容器擁有高能量密度的同時(shí)也擁有優(yōu)異的倍率性能。金屬酞菁作為一種大環(huán)共軛化合物，其骨架中具有中心金屬元素以及大量的N元素，在作為超級(jí)電容器的電極材料的充放電過(guò)程中能夠提供明顯的贗電容，因而在理論上具有較高比容量，以及合成簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，對(duì)環(huán)境污染小，安全性高的優(yōu)勢(shì)，使其在大型儲(chǔ)能器件中具有較大的應(yīng)用潛在價(jià)值。

本發(fā)明通過(guò)一種簡(jiǎn)單的方法，將分子級(jí)別的金屬酞菁(酞菁)與氧化石墨烯進(jìn)行復(fù)合，從而提供更多的活性位點(diǎn)，并且極大的改善了金屬酞菁(酞菁)的導(dǎo)電性。該方法具有制備工藝簡(jiǎn)單，原料成本低，無(wú)污染等優(yōu)勢(shì)。所制備的復(fù)合材料具有較高的比容量，良好的循環(huán)穩(wěn)定性和容量保持率，有望實(shí)現(xiàn)大規(guī)模制備，應(yīng)用于超級(jí)電容器的器件中提供優(yōu)異的倍率性能。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)目前金屬酞菁電極材料存在的問(wèn)題和改進(jìn)需求，本發(fā)明的目的在于提供一種分子級(jí)金屬酞菁(酞菁)/石墨烯(氧化石墨烯)復(fù)合材料的制備方法的制備方法。

本發(fā)明目的通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種超級(jí)電容器用分子級(jí)金屬酞菁(酞菁)/石墨烯(氧化石墨烯)復(fù)合材料，首先將不同的金屬酞菁(酞菁)通過(guò)濃硫酸、冰水提純的預(yù)處理，將氧化石墨烯通過(guò)濃硫酸的脫水酯化作用部分還原和溶于硫酸的金屬酞菁(酞菁)在超聲、攪拌的作用下進(jìn)行π-π復(fù)合，得到分子級(jí)金屬酞菁/氧化石墨烯復(fù)合材料。

本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

1、將酞菁鐵，酞菁，酞菁鎂，酞菁鎳，酞菁鋰，酞菁鈷等金屬酞菁，通過(guò)溶解冰浴重結(jié)晶的方式提純。

2、將氧化石墨烯分散于不同濃度的硫酸溶液中。

3、將一定量的不同金屬酞菁(酞菁)，加入到所得到的不同的含量的硫酸石墨烯分散液中。將得到的混合溶液通過(guò)超聲30分鐘攪拌12小時(shí)，通過(guò)去離子水洗滌至中性。

4、將得到的樣品經(jīng)過(guò)不同溫度的水熱處理，得到所需要的樣品。

優(yōu)選地，石墨烯硫酸溶膠優(yōu)選氧化石墨烯硫酸溶膠，且氧化石墨烯硫酸溶膠的溶度為0.25-10mg mL^-1，優(yōu)選10mg mL^-1，超聲分散處理的時(shí)間為20-30分鐘，優(yōu)選30分鐘，石墨烯硫酸溶膠的硫酸濃度為0％-98％且優(yōu)選為98％濃硫酸。