一種石墨烯/導(dǎo)電聚吡咯納米線復(fù)合材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于新型能源材料制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種石墨烯/導(dǎo)電聚吡咯納米線復(fù)合材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]具有共軛雙鍵的導(dǎo)電聚合物材料聚吡咯具有電導(dǎo)率高且變化范圍大、容易合成等優(yōu)點，在商業(yè)應(yīng)用方面有著廣闊的前景。
[0003]導(dǎo)電聚吡咯可用于制備超級電容器、傳感器、微制動器，也可用作電致變色材料、二次電池、抗靜電材料、燃料電池等。超級電容器是介于傳統(tǒng)電容器和二次電池之間的一種新型的電化學(xué)儲能裝置，具有較高的功率密度和長循環(huán)壽命，在通訊、信息貯存、電動汽車、軍事應(yīng)用等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。導(dǎo)電聚吡咯是通過電極表面或體相中發(fā)生快速可逆的氧化還原反應(yīng)儲存高密度電荷，具有較高的法拉第贗電容，但是循環(huán)壽命短，充放電穩(wěn)定性差。
[0004]為了改善和提高導(dǎo)電聚吡咯的充放電穩(wěn)定性能，大量研究集中在導(dǎo)電聚吡咯與其他材料的復(fù)合物;導(dǎo)電聚吡咯與碳基材料的復(fù)合物能顯著提升電極材料的比電容和充放電穩(wěn)定性;石墨烯是由單層碳原子緊密堆積成二維蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)的一種碳質(zhì)新材料，具有優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性、大的比表面積和較寬的電化學(xué)窗口；雖然單層石墨烯具有超大的極限比表面積，但是石墨烯在制備過程中由于片與片之間具有較強的范德華力，容易發(fā)生片層的團(tuán)聚和堆積，導(dǎo)致石墨烯的比電容不高，限制了其作為超級電容器電極材料的應(yīng)用;為了改善石墨烯片層聚集，對石墨烯要進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋砻婀δ芑男?將功能化改性的石墨烯與導(dǎo)電聚吡咯納米線復(fù)合構(gòu)筑石墨烯/導(dǎo)電聚吡咯納米線復(fù)合材料，不僅可以提高聚吡咯的電化學(xué)穩(wěn)定性，同時能顯著提升復(fù)合材料作為超級電容器電極材料的比電容。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種石墨烯/導(dǎo)電聚吡咯納米線復(fù)合材料的制備方法。
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0007]—種石墨烯/導(dǎo)電聚吡咯納米線復(fù)合材料的制備方法，所述制備方法的步驟如下:
[0008](I)利用化學(xué)氧化法制備氧化石墨，通過超聲剝離氧化石墨獲得氧化石墨烯懸浮液，向其中加入十二燒基苯磺酸鈉，室溫下攪拌36小時，離心分離、洗滌得到十二燒基苯磺酸鈉改性的石墨烯；
[0009](2)將十二烷基苯磺酸鈉改性的石墨烯超聲分散在去離子水中，向其中加入水合肼，在95?98°C下攪拌12小時，經(jīng)過離心分離后，所得產(chǎn)物用無水乙醇和去離子水多次洗滌，然后冷凍干燥；
[0010](3)將步驟2所得產(chǎn)物超聲分散在去離子水中，經(jīng)過離心分離獲得上層穩(wěn)定的十二燒基苯磺酸鈉改性的石墨稀懸浮液，質(zhì)量濃度為0.02-1.0mg/mL；
[0011](4)向步驟3制備的石墨烯懸浮液中加入十六烷基三甲基溴化銨，摩爾濃度為0.003-0.056mol/L，充分?jǐn)嚢?，使十六燒基三甲基溴化錢溶于石墨稀懸浮液中；
[0012](5)向步驟4所得混合液中加入吡咯，摩爾濃度為0.005-0.059mol/L，在0_4 °C下攪拌3小時；
[0013](6)配置戊二酸，摩爾濃度為0.06-0.37mol/L，向其中加入過硫酸銨，摩爾濃度為
0.037-0.24mol/L，將該混合溶液加入至步驟5所得溶液中，然后在0_4°C下攪拌5_6小時，所得產(chǎn)物經(jīng)抽濾、洗滌、真空干燥得到石墨烯/導(dǎo)電聚吡咯納米線復(fù)合材料。
[0014]優(yōu)選的，石墨烯和聚吡咯的質(zhì)量比為1:99-50:50，聚吡咯與十六烷基三甲基溴化銨的摩爾比為3.11:1-1.05:1，聚吡咯與過硫酸銨的摩爾比為1:1，戊二酸與聚吡咯的摩爾比為1.6:1。
[0015]優(yōu)選的，所述洗滌為采用無水乙醇和去離子水進(jìn)行多次清洗。
[0016]優(yōu)選的，所述真空干燥為在60°C、真空環(huán)境下干燥處理8小時。
[0017]通過上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是:
[0018]本發(fā)明通過軟模板和化學(xué)氧化原位聚合相結(jié)合的方法制備石墨烯/導(dǎo)電聚吡咯納米線復(fù)合材料，以十二烷基苯磺酸鈉對石墨烯進(jìn)行功能化改性，以過硫酸銨為氧化劑在石墨烯懸浮液中原位聚合吡咯，從而在石墨烯上引入聚吡咯納米線。利用石墨烯大的比表面積、優(yōu)異的導(dǎo)電性及化學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)點，提升納米復(fù)合材料的電學(xué)性質(zhì)和穩(wěn)定性，能顯著提高納米復(fù)合材料作為超級電容器電極材料的充放電循環(huán)穩(wěn)定性和比電容，降低超級電容器的內(nèi)阻和溶液電阻。
[0019]本發(fā)明采用化學(xué)氧化原位聚合法在功能化改性的石墨烯上合成導(dǎo)電聚吡咯納米線，制備方法簡單易行、反應(yīng)溫度低、反應(yīng)時間短、能耗低、化學(xué)均勻性好，易于大量制備，而且容易推廣到其它的材料體系。
【附圖說明】
[0020]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0021]圖1為本發(fā)明石墨烯/導(dǎo)電聚吡咯納米線復(fù)合材料的SEM照片。
【具體實施方式】
[0022]為了使本發(fā)明實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
[0023]實施例1
[0024]本發(fā)明公開了一種石墨烯/導(dǎo)電聚吡咯納米線復(fù)合材料的制備方法，該制備方法的步驟如下:
[0025](I)利用化學(xué)氧化法將天然石墨制備成氧化石墨，通過超聲波處理將Ig氧化石墨分散在IL去離子水中，超聲3小時，經(jīng)過離心分離獲得上層穩(wěn)定的氧化石墨烯懸浮液，質(zhì)量濃度為lmg/mL;向氧化石墨稀懸浮液中加入10ml摩爾濃度為0.lmol/L的十二燒基苯磺酸鈉溶液，將混合液在室溫下攪拌36小時，然后真空抽濾、清洗;抽濾得到的固體分散在IL去離子水中，向其中加入水合肼10mL，在95-98°C下攪拌12小時，無水乙醇和去離子水多次洗滌離心分離后的產(chǎn)物，將所得產(chǎn)物冷凍干燥，得到十二烷基苯磺酸鈉改性的石墨烯。
[0026](2)將16mg十二烷基苯磺酸鈉改性的石墨烯超聲分散在400ml去離子水中，經(jīng)過離心分離獲得上層穩(wěn)定的十二燒基苯磺酸鈉改性的石墨稀懸浮液，質(zhì)量濃度為0.04mg/mL;向石墨稀懸浮液中加入5.39g十六燒基三甲基溴化錢(摩爾濃度為0.037mol/L)，充分?jǐn)嚢枋故榛谆寤@溶于石墨烯懸浮液中；向上述混合液中加入1.64ml吡咯(1.587g，摩爾濃度為0.059mol/L)，在0-4°C下攪拌3小時;將5.41g的過硫酸銨溶解于10ml戊二酸(摩爾濃度為0.37moI/L)溶液中，得到的過硫酸錢溶液摩爾濃度為0.24moI/L，然后將該混合溶液緩慢加入到石墨烯/吡咯混合體系中，反應(yīng)物在0-4°C下攪拌6小時，所得產(chǎn)物經(jīng)真空抽濾、無水乙醇和去離子水多次清洗，然后60 °C真空干燥8小時得到石墨烯/導(dǎo)電聚吡咯納米線復(fù)合材料;石墨烯與聚吡咯的質(zhì)量比1:99;圖1為制備的復(fù)合材料的掃描電鏡(SEM)照片，從圖中可以看到直徑為60nm的聚吡咯納米線均勻鋪散在石墨烯表面。
[0027]實施例2
[0028]本發(fā)明公開了一種石墨烯/導(dǎo)電聚吡咯納米線復(fù)合材料的制備方法，該制備方法的步驟如下:
[0029](I)利用化學(xué)氧化法將天然石墨制備成氧化石墨，通過超聲波處理將Ig氧化石墨分散在IL去離子水中，超聲3小時，經(jīng)過離心分離獲得上層穩(wěn)定的氧化石墨烯懸浮液，質(zhì)量濃度為lmg/mL;向氧化石墨稀懸浮液中加入10ml摩爾濃度為0.lmol/L的十二燒基苯磺酸鈉溶液，將混合液在室溫下攪拌36小時，然后真空抽濾、清洗;抽濾得到的固體分散在IL去離子水中，向其中加入水合肼10mL，在95-98°C下攪拌12小時，無水乙醇和去離子水多次洗滌離心分離后的產(chǎn)物，將所得產(chǎn)物冷凍干燥，得到十二烷基苯磺酸鈉改性的石墨烯。
[0030](2)將16mg十二烷基苯磺酸鈉改性的石墨烯超聲分散在800ml去離子水中，經(jīng)過離心分離獲得上層穩(wěn)定的十二燒基苯磺酸鈉改性的石墨稀懸浮液，質(zhì)量濃度為0.02mg/mL;向石墨稀懸浮液中加入5.398十六燒基三甲基溴化錢(摩爾濃度為0.019!1101/0，充分?jǐn)嚢枋故榛谆寤@溶于石墨烯懸浮液中；向上述混合液中加入1.64ml吡咯(1.587g，摩爾濃度為0.03mol/L)，在0-4 °C下攪拌3小時;將5.41g的過硫酸銨溶解于200ml戊二酸(摩爾濃度為0.19mol/L)溶液中，得到的過硫酸錢溶液摩爾濃度為0.12mol/L，然后將該混合溶液緩慢加入到石墨烯/吡咯混合體系中，反應(yīng)物在0-4°C下攪拌6小時，所得產(chǎn)