一种石墨烯/导电聚吡咯纳米线复合材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种石墨烯/导电聚吡咯纳米线复合材料的制备方法，以天然石墨为原料，采用化学氧化法制备氧化石墨，通过超声将氧化石墨均匀分散在去离子水中得到氧化石墨烯悬浮液，向其中加入十二烷基苯磺酸钠，充分搅拌，用去离子水洗涤抽滤后的产物，然后将产物超声分散在去离子水中，加入水合肼，95-98℃搅拌12小时，经过离心分离、冷冻干燥，得到十二烷基苯磺酸钠改性的石墨烯。将石墨烯超声分散在去离子水中，获得石墨烯悬浮液。向其中加入聚吡咯和十六烷基三甲基溴化铵，搅拌混合均匀，以过硫酸铵为氧化剂促使吡咯发生氧化聚合反应，得到石墨烯/导电聚吡咯纳米线复合材料。本发明专利技术方法简单易行、成本低廉、产率高、时间短和化学均匀性好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于新型能源材料制备
，特别涉及一种石墨烯/导电聚吡咯纳米线复合材料的制备方法。
技术介绍
具有共轭双键的导电聚合物材料聚吡咯具有电导率高且变化范围大、容易合成等优点，在商业应用方面有着广阔的前景。导电聚吡咯可用于制备超级电容器、传感器、微制动器，也可用作电致变色材料、二次电池、抗静电材料、燃料电池等。超级电容器是介于传统电容器和二次电池之间的一种新型的电化学储能装置，具有较高的功率密度和长循环寿命，在通讯、信息贮存、电动汽车、军事应用等领域具有广泛的应用。导电聚吡咯是通过电极表面或体相中发生快速可逆的氧化还原反应储存高密度电荷，具有较高的法拉第赝电容，但是循环寿命短，充放电稳定性差。为了改善和提高导电聚吡咯的充放电稳定性能，大量研究集中在导电聚吡咯与其他材料的复合物；导电聚吡咯与碳基材料的复合物能显著提升电极材料的比电容和充放电稳定性；石墨烯是由单层碳原子紧密堆积成二维蜂窝状晶格结构的一种碳质新材料，具有优异的化学稳定性、大的比表面积和较宽的电化学窗口；虽然单层石墨烯具有超大的极限比表面积，但是石墨烯在制备过程中由于片与片之间具有较强的范德华力，容易发生片层的团聚和堆积，导致石墨烯的比电容不高，限制了其作为超级电容器电极材料的应用；为了改善石墨烯片层聚集，对石墨烯要进行适当的表面功能化改性；将功能化改性的石墨烯与导电聚吡咯纳米线复合构筑石墨烯/导电聚吡咯纳米线复合材料，不仅可以提高聚吡咯的电化学稳定性，同时能显著提升复合材料作为超级电容器电极材料的比电容。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种石墨烯/导电聚吡咯纳米线复合材料的制备方法。为达到上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种石墨烯/导电聚吡咯纳米线复合材料的制备方法，所述制备方法的步骤如下：(1)利用化学氧化法制备氧化石墨，通过超声剥离氧化石墨获得氧化石墨烯悬浮液，向其中加入十二烷基苯磺酸钠，室温下搅拌36小时，离心分离、洗涤得到十二烷基苯磺酸钠改性的石墨烯；(2)将十二烷基苯磺酸钠改性的石墨烯超声分散在去离子水中，向其中加入水合肼，在95～98℃下搅拌12小时，经过离心分离后，所得产物用无水乙醇和去离子水多次洗涤，然后冷冻干燥；(3)将步骤2所得产物超声分散在去离子水中，经过离心分离获得上层稳定的十二烷基苯磺酸钠改性的石墨烯悬浮液，质量浓度为0.02-1.0mg/mL；(4)向步骤3制备的石墨烯悬浮液中加入十六烷基三甲基溴化铵，摩尔浓度为0.003-0.056mol/L，充分搅拌，使十六烷基三甲基溴化铵溶于石墨烯悬浮液中；(5)向步骤4所得混合液中加入吡咯，摩尔浓度为0.005-0.059mol/L，在0-4℃下搅拌3小时；(6)配置戊二酸，摩尔浓度为0.06-0.37mol/L，向其中加入过硫酸铵，摩尔浓度为0.037-0.24mol/L，将该混合溶液加入至步骤5所得溶液中，然后在0-4℃下搅拌5-6小时，所得产物经抽滤、洗涤、真空干燥得到石墨烯/导电聚吡咯纳米线复合材料。优选的，石墨烯和聚吡咯的质量比为1:99-50:50，聚吡咯与十六烷基三甲基溴化铵的摩尔比为3.11:1-1.05:1，聚吡咯与过硫酸铵的摩尔比为1:1，戊二酸与聚吡咯的摩尔比为1.6:1。优选的，所述洗涤为采用无水乙醇和去离子水进行多次清洗。优选的，所述真空干燥为在60℃、真空环境下干燥处理8小时。通过上述技术方案，本专利技术的有益效果是：本专利技术通过软模板和化学氧化原位聚合相结合的方法制备石墨烯/导电聚吡咯纳米线复合材料，以十二烷基苯磺酸钠对石墨烯进行功能化改性，以过硫酸铵为氧化剂在石墨烯悬浮液中原位聚合吡咯，从而在石墨烯上引入聚吡咯纳米线。利用石墨烯大的比表面积、优异的导电性及化学稳定性等优点，提升纳米复合材料的电学性质和稳定性，能显著提高纳米复合材料作为超级电容器电极材料的充放电循环稳定性和比电容，降低超级电容器的内阻和溶液电阻。本专利技术采用化学氧化原位聚合法在功能化改性的石墨烯上合成导电聚吡咯纳米线，制备方法简单易行、反应温度低、反应时间短、能耗低、化学均匀性好，易于大量制备，而且容易推广到其它的材料体系。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术石墨烯/导电聚吡咯纳米线复合材料的SEM照片。具体实施方式为了使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面进一步阐述本专利技术。实施例1本专利技术公开了一种石墨烯/导电聚吡咯纳米线复合材料的制备方法，该制备方法的步骤如下：(1)利用化学氧化法将天然石墨制备成氧化石墨，通过超声波处理将1g氧化石墨分散在1L去离子水中，超声3小时，经过离心分离获得上层稳定的氧化石墨烯悬浮液，质量浓度为1mg/mL；向氧化石墨烯悬浮液中加入100ml摩尔浓度为0.1mol/L的十二烷基苯磺酸钠溶液，将混合液在室温下搅拌36小时，然后真空抽滤、清洗；抽滤得到的固体分散在1L去离子水中，向其中加入水合肼10mL，在95-98℃下搅拌12小时，无水乙醇和去离子水多次洗涤离心分离后的产物，将所得产物冷冻干燥，得到十二烷基苯磺酸钠改性的石墨烯。(2)将16mg十二烷基苯磺酸钠改性的石墨烯超声分散在400ml去离子水中，经过离心分离获得上层稳定的十二烷基苯磺酸钠改性的石墨烯悬浮液，质量浓度为0.04mg/mL；向石墨烯悬浮液中加入5.39g十六烷基三甲基溴化铵(摩尔浓度为0.037mol/L)，充分搅拌使十六烷基三甲基溴化铵溶于石墨烯悬浮液中；向上述混合液中加入1.64ml吡咯(1.587g，摩尔浓度为0.059mol/L)，在0-4℃下搅拌3小时；将5.41g的过硫酸铵溶解于100ml戊二酸(摩尔浓度为0.37mol/L)溶液中，得到的过硫酸铵溶液摩尔浓度为0.24mol/L，然后将该混合溶液缓慢加入到石墨烯/吡咯混合体系中，反应物在0-4℃下搅拌6小时，所得产物经真空抽滤、无水乙醇和去离子水多次清洗，然后60℃真空干燥8小时得到石墨烯/导电聚吡咯纳米线复合材料；石墨烯与聚吡咯的质量比1:99；图1为制备的复合材料的扫描电镜(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石墨烯/导电聚吡咯纳米线复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法的步骤如下：(1)利用化学氧化法制备氧化石墨，通过超声剥离氧化石墨获得氧化石墨烯悬浮液，向其中加入十二烷基苯磺酸钠，室温下搅拌36小时，离心分离、洗涤得到十二烷基苯磺酸钠改性的石墨烯；(2)将十二烷基苯磺酸钠改性的石墨烯超声分散在去离子水中，向其中加入水合肼，在95～98℃下搅拌12小时，经过离心分离后，所得产物用无水乙醇和去离子水多次洗涤，然后冷冻干燥；(3)将步骤2所得产物超声分散在去离子水中，经过离心分离获得上层稳定的十二烷基苯磺酸钠改性的石墨烯悬浮液，质量浓度为0.02‑1.0mg/mL；(4)向步骤3制备的石墨烯悬浮液中加入十六烷基三甲基溴化铵，摩尔浓度为0.003‑0.056mol/L，充分搅拌，使十六烷基三甲基溴化铵溶于石墨烯悬浮液中；(5)向步骤4所得混合液中加入吡咯，摩尔浓度为0.005‑0.059mol/L，在0‑4℃下搅拌3小时；(6)配置戊二酸，摩尔浓度为0.06‑0.37mol/L，向其中加入过硫酸铵，摩尔浓度为0.037‑0.24mol/L，将该混合溶液加入至步骤5所得溶液中，然后在0‑4℃下搅拌5‑6小时，所得产物经抽滤、洗涤、真空干燥得到石墨烯/导电聚吡咯纳米线复合材料。...

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯/导电聚吡咯纳米线复合材料的制备方法，其特征在于，所
述制备方法的步骤如下：
(1)利用化学氧化法制备氧化石墨，通过超声剥离氧化石墨获得氧化石
墨烯悬浮液，向其中加入十二烷基苯磺酸钠，室温下搅拌36小时，离心分离、
洗涤得到十二烷基苯磺酸钠改性的石墨烯；
(2)将十二烷基苯磺酸钠改性的石墨烯超声分散在去离子水中，向其中
加入水合肼，在95～98℃下搅拌12小时，经过离心分离后，所得产物用无水
乙醇和去离子水多次洗涤，然后冷冻干燥；
(3)将步骤2所得产物超声分散在去离子水中，经过离心分离获得上层
稳定的十二烷基苯磺酸钠改性的石墨烯悬浮液，质量浓度为0.02-1.0mg/mL；
(4)向步骤3制备的石墨烯悬浮液中加入十六烷基三甲基溴化铵，摩尔
浓度为0.003-0.056mol/L，充分搅拌，使十六烷基三甲基溴化铵溶于石墨烯悬
浮液中；
(5)向步骤4所得混合液中加入吡咯，摩尔浓度为0.005-0.059mol/L，

【专利技术属性】
技术研发人员：李靖，谢华清，黎阳，黄高强，叶远青，
申请(专利权)人：上海第二工业大学，
类型：发明
国别省市：上海;31