氧化石墨烯/純粹石墨烯/聚苯胺三元導(dǎo)電復(fù)合材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種氧化石墨締/純粹石墨締/聚苯胺=元導(dǎo)電復(fù)合材料及其制備方 法，屬于超級(jí)電容器復(fù)合材料制備領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 超級(jí)電容器，即電化學(xué)電容器（ECs),具有性能穩(wěn)定、比電容高、循環(huán)壽命長(可大 于100000次)、充放電速度快、經(jīng)濟(jì)環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。而且，超級(jí)電容器相對(duì)于傳統(tǒng)的電容器而 言具有更高的能量密度。如今，超級(jí)電容器在家庭電子產(chǎn)品、電動(dòng)汽車、通訊技術(shù)、太陽能裝 置等領(lǐng)域顯示了廣闊的市場應(yīng)用前景。
[0003] 超級(jí)電容器根據(jù)其儲(chǔ)能機(jī)理的不同可W分為兩種：一種是雙電層電容器，另一種 是法拉第準(zhǔn)電容器。雙電層電容器所采用的電極材料主要是碳材料，其通過離子的靜電吸 附將電荷儲(chǔ)存在電極材料的表面，因此運(yùn)些材料雖然具有很好的穩(wěn)定性，但由于受到雙電 層的限制，其比電容和能量密度都很小。法拉第準(zhǔn)電容器所采用的電極材料主要是金屬氧 化物和導(dǎo)電高分子材料，其通過氧化還原反應(yīng)將電荷儲(chǔ)存在電極材料的本體中，因此運(yùn)些 材料的比電容和能量密度能得到很大的提高，但由于充放電過程材料的體積變化較大使 得其穩(wěn)定性大大降低。目前得到大力研究的是兼具兩者優(yōu)勢(shì)的混合型超級(jí)電容器。因此 很多課題組都著手研究復(fù)合材料應(yīng)用于超級(jí)電容器，其中碳質(zhì)材料中石墨締由于其大的 比表面積和高的電導(dǎo)率而受到人們的關(guān)注，而在歴電容材料中聚苯胺由于易和成、結(jié)構(gòu)多 樣、成本低、導(dǎo)電性可控等優(yōu)點(diǎn)也成為人們研究的熱點(diǎn)。目前報(bào)道的石墨締/聚苯胺復(fù)合 材料中石墨締一般是通過氧化還原石墨得到的，運(yùn)樣制備的石墨締有很大的結(jié)構(gòu)缺陷，而 且還會(huì)殘留部分含氧官能團(tuán)影響其導(dǎo)電性，更重要的是氧化石墨締在還原過程不可避免的 發(fā)生石墨締部分重新聚積。而近來，通過液相剝離的方法制得的純粹石墨締由于其無缺 陷、無官能團(tuán)而引起了人們的研究興趣，但缺點(diǎn)是其水溶性很差，只要一遇到水就會(huì)發(fā)生聚 沉。而且純粹石墨締的片一般較小，只有幾百個(gè)納米且表面光滑，不利于石墨締基材料的合 成議南犬：A simple and practical route to prepare useable pristine邑raphene for electrochemical 曰pplic曰tions，Chemic曰I Engineering Journal)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種氧化石墨締/純粹石墨締/聚苯胺=元復(fù)合材料及其 制備方法。
[0005] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下： 一種氧化石墨締/純粹石墨締/聚苯胺=元復(fù)合材料及其制備方法，包括如下步驟： 步驟（1)，氧化石墨締/純粹石墨締混合分散液的制備：用液相剝離法制備純粹石墨締 分散液，將氧化石墨締分散液(水相）和純粹石墨締分散液(有機(jī)相）直接混合并超聲，離屯、 洗涂后再超聲分散，即得氧化石墨締/純粹石墨締混合分散液； 步驟（2)，氧化石墨締/純粹石墨締/聚苯胺=元復(fù)合材料的制備：在氧化石墨締/純 粹石墨締混合分散液中先加入含有HCl的苯胺單體溶液，再加入過硫酸錠溶液，攬拌反應(yīng)8 h W上，真空過濾、洗涂后超聲分散，即得到氧化石墨締/純粹石墨締/聚苯胺的=元復(fù)合材 料。
[0006] 本發(fā)明所述步驟中，氧化石墨締/純粹石墨締混合分散液中，氧化石墨締與純粹 石墨締的質(zhì)量比為2:3~1:1. 本發(fā)明所述步驟中，混合并超聲的時(shí)間為30 min W上。
[0007] 本發(fā)明所述步驟中，氧化石墨締/純粹石墨締/聚苯胺的=元復(fù)合材料中，氧化石 墨締和純粹石墨締的總質(zhì)量與苯胺單體的質(zhì)量比為1:3. 9~1:4. 4。
[0008] 本發(fā)明所述步驟中，過硫酸錠質(zhì)量為苯胺單體質(zhì)量的3. 4倍。
[0009]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有W下優(yōu)點(diǎn)： 1、本發(fā)明將液相剝離的水溶性差的純粹石墨締與氧化石墨締復(fù)合，通過工藝參數(shù)優(yōu) 選，確定了當(dāng)混合的氧化石墨締和純粹石墨締的質(zhì)量比為2:3~1:1時(shí)，復(fù)合材料的水溶性 及電化學(xué)性能最佳。
[0010] 2、本發(fā)明將液相剝離的純粹石墨締與聚苯胺首次復(fù)合，在上述氧化石墨締/純粹 石墨締的復(fù)合物溶液中加入苯胺溶液在原位進(jìn)行聚合而得到氧化石墨締/純粹石墨締/聚 苯胺=元復(fù)合材料。
[0011] 3、通過該發(fā)明制備的氧化石墨締/純粹石墨締/聚苯胺=元復(fù)合材料具有良好的 電導(dǎo)率、優(yōu)越的比電容值和較高的循環(huán)穩(wěn)定性，其比電容值在=電極體系中可達(dá)689. 4F/ g，S明治式二電極體系中仍可達(dá)459. 9F/g。
【附圖說明】
[0012] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例1制備的氧化石墨締/純粹石墨締/聚苯胺導(dǎo)電復(fù)合材料的 掃描電鏡圖（SEM)。
[0013] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例3制備的氧化石墨締/純粹石墨締/聚苯胺導(dǎo)電復(fù)合材料的 透射電鏡圖（TEM)。
[0014] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例1-6制備的氧化石墨締/純粹石墨締/聚苯胺導(dǎo)電復(fù)合材料 在=電極體系中的循環(huán)伏安圖（a)及其恒電流充放電曲線（b )。
[0015] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例3、4制備的氧化石墨締/純粹石墨締/聚苯胺導(dǎo)電復(fù)合材料 在=明治式兩電極體系中的循環(huán)伏安圖（a)及其恒電流充放電曲線（b)。
[0016] 圖5為本發(fā)明制備的氧化石墨締/純粹石墨締/聚苯胺導(dǎo)電復(fù)合材料在=明治式 兩電極體系中測試時(shí)的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 氧化石墨締由于其親水的邊緣和疏水的表面使其作為一種表面活性劑而分散水 溶性差的純粹石墨締，從而得到氧化石墨締/純粹石墨締的復(fù)合物，然后加入苯胺溶液在 原位進(jìn)行化學(xué)氧化聚合而得到氧化石墨締/純粹石墨締/聚苯胺=元復(fù)合材料，本發(fā)明方 法得到的復(fù)合材料其結(jié)構(gòu)缺陷大大減小，導(dǎo)電性大大提高，較好的解決了純粹石墨締水溶 性差的問題及氧化石墨締在還原過程的再聚積。特別是，實(shí)際應(yīng)用中超級(jí)電容器是兩電極 體系，而該復(fù)合材料在兩電極體系中的電化學(xué)性能也是非常優(yōu)越。然而，目前很多研究石墨 締/聚苯胺復(fù)合材料的課題組雖然在=電極體系中電化學(xué)性能相當(dāng)不錯(cuò)，但一組裝成二電 極體系應(yīng)用于實(shí)際超級(jí)電容器時(shí)其電化學(xué)性能就大大降低，而運(yùn)卻是本發(fā)明可W解決的困 難。
[0018] 本發(fā)明所述的氧化石墨締/純粹石墨締/聚苯胺=元復(fù)合材料的制備方法，包括 如下步驟：1)氧化石墨締/純粹石墨締復(fù)合物的制備：用液相剝離的方法制備純粹石墨締 分散液，將氧化石墨加入到水中配成0. 5