[發明專利]一種電化學插層法制備聚苯胺雜化石墨烯材料的方法

在審

• 申請號: 202210416914.0
• 申請日: 2022-04-20
• 公開（公告）號: CN114852998A
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發明（設計）人: 周祚萬;蔣虎南;郭一帆;顏靜;李金陽;徐曉玲
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: C01B32/19
• 分類號: C01B32/19;C01B32/194;H01G11/32;H01G11/48;H05K9/00
• 代理公司: 成都弘毅天承知識產權代理有限公司 51230
• 代理人: 軒勇麗

本發明公開了一種電化學插層法制備聚苯胺雜化石墨烯材料的方法，屬于電化學、納米功能材料制備領域；包括以下步驟：采用三電極體系，以石墨紙為工作電極及對電極，在酸性含有苯胺陽離子的插層電解液中，選擇電化學插層方法，在插層聚合電壓低于2V(vs.Ag/AgCl)條件下誘導苯胺陽離子在石墨紙的石墨層間進行聚合，PANI聚合的同時促進石墨剝離成為薄層石墨烯，從而制備聚苯胺@石墨烯雜化材料。本發明克服了石墨烯生產過程種必須使用濃酸、強氧化劑等難題，有效降低生產過程中的廢水產生率，較低的制備電壓有效解決了制備過程中的氧化作用，實現了聚苯胺@石墨烯雜化材料的高載流子遷移率和低電阻特性。

技術領域

本發明屬于電化學、納米功能材料制備領域，具體涉及一種電化學插層法制備聚苯胺雜化石墨烯材料的方法。

背景技術

聚苯胺@石墨烯雜化材料的主要特點在于導電聚苯胺分子與石墨烯之間通過電子雜化作用形成電荷轉移現象，使得雜化材料具備較高的載流子遷移率和導電性，廣泛應用于超級電容器、防腐、傳感、吸波等功能電子器件領域。

目前，制備石墨烯的方法主要包括自上而下和自下而上兩大類，其中，已經實現了產業化生產的制備方法包括強酸氧化插層法(Hummers法或改進的Hummers法)、化學氣相沉積法(CVD)、機械剝離法、電化學插層剝離法等。其中電化學插層法制備石墨烯材料具有效率高、工藝簡便等優點，如：深圳貝特瑞納米科技有限公司公布了一種在電解槽正極與負極之間上施加0.1-2.5V、10-25V的直流電壓，剝離產物經過濾、洗滌并干燥，分散在有機溶劑中，收集含有石墨烯的清液，再次干燥后得到石墨烯(CN102534642A)；德陽烯碳科技有限公司公開了一種采用路易斯酸(金屬鹽)與質子酸混合配制成電解液的電化學法制備石墨烯(CN201710086546.7)；中國科學院上海微系統所丁古巧等報道了一種離域電化學剝離策略制備石墨烯材料，所制備的石墨烯具有超低缺陷密度和顯著高的碳氧比(doi.org/10.1016/j.cej.2021.131122)。但是，當下的電化學插層剝離石墨制備石墨烯材料中需要的外加電勢均高于5V，甚至10V(DOI:10.1002/cey2.14)，這種電勢場環境中難以避免地在剝離石墨烯邊緣或缺陷位置引入含氧官能團或者其他化學成分，這會增加石墨烯的C/O比例，影響石墨烯的導電、導熱性能。

針對聚苯胺@石墨烯雜化材料的制備方法，目前已有報道的制備方法主要為采用成熟石墨烯產品與聚苯胺復合或苯胺單體在石墨烯表面聚合而成(例如公開號為CN111403182A的專利)，這些方法在大規模生產以及性能調控方面具有明顯優勢。但是，這些方法實現的前提是必須獲得大量高品質石墨烯，石墨烯的質量直接影響聚苯胺石墨烯復合材料的性能；生產過程使用大量氧化劑，生產工藝較復雜，效率較低。近年來，周祚萬等(DOI：10.1039/C4NR01738B)首先提出將苯胺單體插入石墨層間，然后采用氧化劑誘發聚苯胺在石墨層間聚合，在將石墨剝離成為石墨烯的同時得到聚苯胺@石墨烯雜化材料；該方法較大地縮短了復合材料生產工藝流程，解決了生產過程中大量使用強酸的環保問題，但是，該方法仍然要使用較多氧化劑用于聚苯胺插層反應，不能避免對石墨烯的氧化。

發明內容

本發明的目的在于：針對上述現象中現有的石墨烯雜化材料中石墨烯的結構缺陷多，載流子遷移率低的問題，本發明提供一種電化學插層法制備聚苯胺雜化石墨烯材料的方法。

本發明的提供了一種電化學插層法制備聚苯胺雜化石墨烯材料的方法，采用的技術方案如下：