[發明專利]陰丹士林功能化石墨烯三維網絡結構復合材料的制備及應用

在審

• 申請號: 201911077724.5
• 申請日: 2019-11-06
• 公開（公告）號: CN110783113A
• 公開（公告）日: 2020-02-11
• 發明（設計）人: 胡中愛;謝彥東
• 申請（專利權）人: 西北師范大學
• 主分類號: H01G11/30
• 分類號: H01G11/30;H01G11/36;H01G11/24
• 代理公司: 62201 蘭州智和專利代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 張英荷

本發明公開了一種陰丹士林功能化石墨烯三維網絡結構復合材料的制備方法，是將氧化石墨分散于DMF中，攪拌、超聲處理后加入到陰丹士林溶液中，并再次攪拌、超聲處理；然后將混合溶液轉移到反應釜中，在160~180℃下反應620~720 min；反應產物用二次水浸泡多次直至溶液變成無色透明狀；最后冷凍干燥即得產物。物理表征顯示，該復合材料具有較高的比表面積和相互連通的豐富的分級多孔結構，且陰丹士林分子成功吸附在石墨烯表面。電化學性能測試表明，該材料具有優異的電化學電容性能和倍率性能，更加重要的是其電位窗口在硫酸電解液/溶液中可以達到1.2V，作為超級電容器的電極材料具有很好的應用前景。

技術領域

本發明涉及一種石墨烯基復合材料的制備，尤其涉及一種陰丹士林功能化石墨烯三維網絡結構復合材料的制備；本發明還涉及該陰丹士林功能化石墨烯三維網絡結構復合材料作為電極材料在超級電容器中的應用，屬于復合材料技術領域和超級電容器技術領域。

背景技術

超級電容器具有功率輸出快、可逆性強、維護成本低、充放電速度快、循環壽命長等特點，在許多應用中對電池的補充扮演著重要的角色，同時也被認為是一種理想的能源轉換及儲存裝置。與傳統電容器相比較，超級電容器的能量密度要高出幾個數量級。但是，與傳統電池相比，它們的功率密度較低。因此超級電容器急需要一種能提高能量密度的可行性辦法，因此，電極材料成為了決定電容器性能的關鍵因素，常用的電極材料主要有以下幾類：碳材料、金屬(氫)氧化物、導電聚合物和有機小分子。而帶有電化學活性官能團的有機小分子，因其原材料豐富，屬于綠色、可再生能源，大部分以自然狀態存在或可在實驗室進行合成得到；其次，在電化學循環過程中，這些有機分子只有其含氧官能團在發生可逆的轉化，而分子結構不會被破環，這是獲得良好循環穩定性的保證。與傳統的碳材料相比，它們帶有電化學活性官能團，可以實現低分子量下的多電子可逆法拉第反應，為獲得高能量密度和功率密度奠定了基礎。

發明內容

本發明的目的是提供一種陰丹士林功能化石墨烯三維網絡結構復合材料的制備方法；

本發明的另一目的是對上述制備的陰丹士林功能化石墨烯三維網絡結構復合材料的電化學電容性能進行研究，以期作為超級電容器電極材料。

一、陰丹士林功能化石墨烯三維網絡結構復合材料的制備

本發明陰丹士林功能化石墨烯三維網絡結構復合材料的制備，是將氧化石墨（GO）分散于DMF中，先攪拌1~2h，再超聲處理2~6h；將陰丹士林（Indanthrone）溶于二次水中并攪拌1~2h；將超聲處理過后的氧化石墨分散液加入陰丹士林溶液中，再次攪拌1~2h，超聲處理2~6h；然后將混合溶液轉移至反應釜中，在160~180℃下反應620~720 min；反應產物用二次水浸泡多次直至溶液變成無色透明狀；最后冷凍干燥，得到目標產物；

陰丹士林和氧化石墨的質量比為0.1:1~0.7:1。

二、陰丹士林功能化石墨烯三維網絡結構復合材料的物理表征

圖1為本發明所用基底的石墨烯水凝膠（RGO）的場發射掃描電鏡圖片（FE-SEM），從圖1中可以看到相互連通的三維多孔網絡，并從中觀察到大量具有寬尺寸分布的分層孔隙。圖2為本發明制備陰丹士林功能化石墨烯水凝膠（IT-RGO）復合材料的場發射掃描電鏡圖片（FE-SEM）。可以看出，經陰丹士林非共價功能化后的結構沒有發生改變，可以觀察到相互連通的石墨烯三維多孔結構，這就為電解液離子的滲透提供了更豐富的通道，使得電極材料能與電解液離子充分接觸。另外，從圖中并沒有觀察到晶體的存在，說明陰丹士林是以分子形式吸附在石墨烯片表面。

三、陰丹士林功能化石墨烯三維網絡結構復合材料的電化學性能

下面通過電化學工作站CHI760E對本發明制備的陰丹士林功能化石墨烯水凝膠三維導電網絡結構復合材料（IT-RGO）的電化學性能表征進行詳細說明。