[發明專利]一種分子級金屬酞菁(酞菁)/石墨烯(氧化石墨烯)復合材料的制備方法

在審

• 申請號: 201910530384.0
• 申請日: 2019-06-19
• 公開（公告）號: CN112117132A
• 公開（公告）日: 2020-12-22
• 發明（設計）人: 趙永男;高海燕;王青
• 申請（專利權）人: 天津工業大學
• 主分類號: H01G11/30
• 分類號: H01G11/30;H01G11/36;H01G11/86
• 代理公司: 暫無信息
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本發明公開了一種金屬酞菁(酞菁)/石墨烯(氧化石墨烯)復合材料的制備方法，涉及到金屬酞菁(酞菁)/石墨烯(氧化石墨烯)復合材料在超級電容器中的應用，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；將得到的樣品進行熱處理。本發明方法簡便，易于操作可以大面積的生產。采用本方法制備的金屬酞菁(酞菁)/石墨烯(氧化石墨烯)復合材料無毒，對環境友好，并且組裝的超級電容器具有較大的比電容，優異的循環穩定性。

技術領域

本發明涉及超級電容器正極材料的制備方法，具體涉及一種分子級金屬酞菁(酞菁)/石墨(氧化石墨烯)復合材料的制備方法，屬于超級電容器材料技術領域。

背景技術

隨著科技的發展，能源危機和環境污染等問題日益嚴重，解決新型綠色可持續能源的開發與儲存問題已經迫在眉睫。超級電容器作為一種高效的儲能器件，擁有功率密度大，循環性能好，能夠進行快速的充放電，無毒，環境污染小等優點，逐漸應用于日常生活中。然而，小功率的超級電容器難以滿足電動汽車和混合動力汽車的需求，因此，開發大功率超級電容器勢在必行。

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

采用分子級別的復合方式將金屬酞菁與石墨烯(氧化石墨烯)進行復合，不僅可以提供離子轉移通道，增加與電解質的接觸活性位點，同時可以增加碳基材料在充放電個過程中的穩定性，使電極材料在大電流密度下保持良好的倍率性能，保證了超級電容器擁有高能量密度的同時也擁有優異的倍率性能。金屬酞菁作為一種大環共軛化合物，其骨架中具有中心金屬元素以及大量的N元素，在作為超級電容器的電極材料的充放電過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，以及合成簡單，價格低廉，對環境污染小，安全性高的優勢，使其在大型儲能器件中具有較大的應用潛在價值。

本發明通過一種簡單的方法，將分子級別的金屬酞菁(酞菁)與氧化石墨烯進行復合，從而提供更多的活性位點，并且極大的改善了金屬酞菁(酞菁)的導電性。該方法具有制備工藝簡單，原料成本低，無污染等優勢。所制備的復合材料具有較高的比容量，良好的循環穩定性和容量保持率，有望實現大規模制備，應用于超級電容器的器件中提供優異的倍率性能。

發明內容

針對目前金屬酞菁電極材料存在的問題和改進需求，本發明的目的在于提供一種分子級金屬酞菁(酞菁)/石墨烯(氧化石墨烯)復合材料的制備方法的制備方法。

本發明目的通過以下技術方案實現：

一種超級電容器用分子級金屬酞菁(酞菁)/石墨烯(氧化石墨烯)復合材料，首先將不同的金屬酞菁(酞菁)通過濃硫酸、冰水提純的預處理，將氧化石墨烯通過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、攪拌的作用下進行π-π復合，得到分子級金屬酞菁/氧化石墨烯復合材料。

本發明提供如下技術方案：

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

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超聲30分鐘攪拌12小時，通過去離子水洗滌至中性。

4、將得到的樣品經過不同溫度的水熱處理，得到所需要的樣品。

優選地，石墨烯硫酸溶膠優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，優選10mg mL^-1，超聲分散處理的時間為20-30分鐘，優選30分鐘，石墨烯硫酸溶膠的硫酸濃度為0％-98％且優選為98％濃硫酸。