多孔石墨烯/聚苯胺复合材料的制备方法技术

本发明专利技术属于纳米复合材料技术领域，提供一种多孔石墨烯/聚苯胺复合材料的制备方法。在氧化石墨烯溶液中形成碳酸盐沉淀，在碱性条件下，还原剂和氧化石墨烯-碳酸盐沉淀混合物发生水热反应，形成石墨烯-碳酸盐沉淀凝胶物；在酸的作用下将碳酸盐沉淀反应掉，形成多孔石墨烯，同时苯胺在多孔石墨烯的孔壁上原位聚合形成聚苯胺，即得到多孔石墨烯/聚苯胺复合材料。本发明专利技术的制备方法操作简单、成本低廉和反应条件温和；制备的复合材料具有导电率高、比表面积大等优点，可应用于超级电容器电极材料、导热复合材料、储能材料、吸附材料等领域，尤其应用于超级电容器电极材料中，可使超级电容器的电化学活性高、比电容高、稳定性和重现性好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于导电复合材料，具体涉及一种。
技术介绍
超级电容器在汽车、电力、铁路、通讯、国防、消费性电子产品等方面有着巨大的应用价值和市场潜力，被世界各国所广泛关注，但是超级电容器的核心部分——高性能电极材料的生产一直存在瓶颈。当前大部分超级电容产品是基于双电层电容储电机理的廉价碳材料，但提高其功率密度和能量密度难度较大；碳纳米管材料昂贵的制造成本使其实际应用备受很大限制；基于氧化还原反应的赝电容储存电荷的导电聚苯胺，具有较高的能量密度，但是其离子掺杂/去掺杂会引起其膜的体积出现膨胀或收缩，使膜开裂，最终导致电极材料的电性能下降，充放电循环寿命短、稳定性差，影响其利用率等。随着科学技术的日益发展，人们逐渐从单纯的无机复合材料或有机复合材料转向无机-有机复合材料，因其兼具无机材料和有机材料的双重性能，同时还具有某些独特的复合结构而备受青睐。石墨烯是一个新兴的材料，其理论比表面积可以达到2620 m2/g，具有潜在的应用性能，于是人们将石墨烯与聚苯胺复合，将其作为超级电容器的电极材料，但是石墨烯与聚苯胺复合时，由于聚合物易于团聚，因而，复合材料难以利用石墨烯的大比表面积，整个复合材料的比表面积并未获得提高，同时这种复合纤维材料的比容量仍然较低，这些因素直接影响其作为超级电容器等电极材料的应用。这主要由于石墨烯的片层结构容易团聚的特点，很容易形成孔隙率较低的二维结构材料，无法获得有较高孔隙率的多孔结构三维石墨烯，以及石墨烯与聚苯胺复合的不牢固，继而使其性能和应用范围受到很大局限。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是制备石墨烯的多孔结构，并使苯胺在石墨烯的多孔结构上原位生长复合成聚苯胺，形成多孔复合材料。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种多孔石墨烯/聚苯胺复合电极材料的制备方法，即在氧化石墨烯溶液中形成碳酸盐沉淀，在碱性条件下，还原剂和氧化石墨烯-碳酸盐沉淀混合物发生水热反应，形成石墨烯-碳酸盐沉淀凝胶物；在酸的作用下将碳酸盐沉淀反应掉，形成多孔石墨烯，同时苯胺在多孔石墨烯的孔壁上原位聚合形成聚苯胺，即得到多孔石墨烯/聚苯胺复合材料。本专利技术的一种多孔石墨烯/聚苯胺复合材料的制备放法包括以下步骤: 以氧化石墨烯为原料，向氧化石墨烯溶液中加入氯盐，向混合溶液中加入碳酸盐，碳酸盐与氯盐发生沉淀反应，得到氧化石墨烯-碳酸盐沉淀混合物； 向上述混合物中加入一定量碱性溶液和还原剂，并置入反应釜中进行水热反应，形成石墨烯-碳酸盐沉淀凝胶物，冷冻干燥备用； 配制酸性溶液，加入苯胺和氧化剂，再加入一定量上述制备的干燥凝胶物，在冰浴条件下，形成多孔石墨烯，同时苯胺在石墨烯的多孔结构中原位聚合成聚苯胺，得到多孔石墨烯/聚苯胺复合材料。上述的氯盐为氯化钙、氯化钡、氯化镁、氯化锌、氯化钴、氯化铁、氯化镍中的任意一种，氯盐与氧化石墨烯的质量比优先1:1(Γ20:1 ;碳酸盐为碳酸钠、碳酸钾、碳酸铵、碳酸锂中的任意一种，碳酸盐与氯盐的摩尔比为1:2?3:1，只要加入的氯盐与碳酸盐发生沉淀反应，在氧化石墨烯溶液中形成碳酸盐沉淀即可，此外碳酸盐可被碳酸氢盐代替；所述碳酸氢盐优先为碳酸氢铵、碳酸氢钾、碳酸氢锂、碳酸氢钠中任意一种。作为本专利技术的进一步改进，上述的碱性溶液为氨水、氢氧化钠、氢氧化钾等中的任意一种，只要保持反应在碱性条件下即可；还原剂为葡萄糖、尿素和抗坏血酸中的任意一种；还原剂与氧化石墨烯的质量比为优先1:5?10:1。在反应釜中碱性条件下，还原剂与氧化石墨烯-碳酸盐沉淀混合物发生水热反应，一方面氧化石墨烯还原成石墨烯，另一方面形成的石墨烯与碳酸盐沉淀形成凝胶物，二者融成一体，之后冷冻干燥；整个水热反应的温度优先控制在80°C?20(rC，反应时间随反应的进程而确定，一般控制在3 1Γ50 h。作为本专利技术的进一步改进，上述的酸性溶液为盐酸、硫酸、醋酸、硝酸、磷酸、高氯酸、甲酸等中的一种或多种的混合物，加入的酸溶液主要与石墨烯-碳酸盐沉淀凝胶物中的碳酸盐沉淀反应，释放出CO2气体，在凝胶物中形成多孔结构，且生成的孔与孔之间是贯通的，一般酸性溶液的浓度控制在0.05 mol/^2 mol/L,酸溶液的加入量只要将碳酸盐沉淀反应完全即可；氧化剂为过硫酸铵、重铬酸钾、碘酸钾、氯化铁、二氧化锰等中的任意一种，氧化剂的质量与苯胺的质量比例为1:5?5:1 ;苯胺质量与氧化石墨烯的质量比为1:8?10:1，在氧化剂的作用下，苯胺在石墨烯多孔结构的孔壁上进行原位聚合形成聚苯胺，此反应过程需要在冰浴条件下进行；此外酸性溶液、苯胺与氧化剂是同时加入到石墨烯-碳酸盐沉淀凝胶物中，即在形成多孔结构的石墨烯同时苯胺在石墨烯多孔结构上聚合成聚苯胺，融成一体。整个反应过程中，苯胺的浓度比较稀，浓度范围优选选择0.005 mol/L?0.8 mol/L。作为本专利技术的进一步改进，制备的多孔/聚苯胺复合材料还经过洗涤、冷冻干燥；洗涤溶液为乙醇或去离子水。本专利技术的有益效果:本专利技术的操作简单、成本低廉且环保，原料简单易得、条件温和；制备的多孔石墨烯/聚苯胺复合材料具有导电率高、比表面积大、亲疏水等优点，可应用于超级电容器电极材料、导热复合材料、储能材料、吸附材料等领域，该复合材料应用于超级电容器电极材料中，可使超级电容器的电化学活性高、比电容高、稳定性和重现性好。【附图说明】图1为聚苯胺的SEM扫描电镜图。图2为实施例1制备的多孔石墨烯的SEM扫描电镜图。图3为实施例1制备的多孔石墨烯/聚苯胺复合材料的SEM扫描电镜图。图4为实施例1制备的聚苯胺、多孔石墨烯、多孔石墨烯/聚苯胺复合材料的XRD图。图5为实施例1制备的多孔石墨烯/聚苯胺复合材料的充放电CV曲线图。具体实施的方式 下面结合附图和具体实施例对本专利技术的技术方案进行详细的说明，但是所述实施例的说明，仅仅是本专利技术的一部分实施例，其中大部分并不仅限于此。以氧化石墨烯为原料，向氧化石墨烯溶液中加入氯盐，向混合溶液中加入碳酸盐，碳酸盐与氯盐发生沉淀反应，得到氧化石墨烯-碳酸盐沉淀混合物； 向上述混合物中加入碱性溶液和还原剂，并置入反应爸中进行水热反应，形成石墨烯-碳酸盐沉淀凝胶物； 配制酸性溶液，加入苯胺和氧化剂，再加入一定量上述制备的凝胶物，在冰浴条件下，形成多孔石墨烯，同时苯胺在石墨烯的多孔结构中聚合成聚苯胺，得到多孔石墨烯/聚苯胺复合材料。实施例1 取1mL浓度为8mg/mL的氧化石墨烯溶液,加入8mg氯化|丐，搅拌超声30min分散形成CaCl2-氧化石墨烯混合液；向混合液中加入7.75mgNa2C03,超声搅拌0.5 h, Na2CO3与CaCl2发生沉淀反应，形成氧化石墨烯-CaCO3沉淀混合液，向其混合液中加入3mg的氨水使混合液成碱性，并加入4mg抗坏血酸，将整个混合溶液置入反应釜内，在温度为150°C条件下反应12 h，得到氧化石墨烯-CaCO3凝胶物，将凝胶物置于_30°C条件下冷冻干燥24h，得到氧化石墨烯-CaCO3固体。取浓度为0.1 mol/L的100 mL HCl加入14.65mg苯胺和17.52mg过硫酸铵,磁力搅拌均匀，再将上述制备的氧化石墨烯-CaCO3固体加入，在3°C冰浴条件下反应，反应2h后得到多孔石墨烯/聚苯胺复合材料，再利用蒸馏水进行抽滤洗涤本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多孔石墨烯/聚苯胺复合材料的制备方法，包括以下步骤:以氧化石墨烯为原料，向氧化石墨烯溶液中加入氯盐，向混合溶液中加入碳酸盐，碳酸盐与氯盐发生沉淀反应，得到氧化石墨烯‑碳酸盐沉淀混合物；向上述混合物中加入碱性溶液和还原剂，并置入反应釜中进行水热反应，形成石墨烯‑碳酸盐沉淀凝胶物；配制酸性溶液，加入苯胺和氧化剂，再加入一定量上述制备的凝胶物，在冰浴条件下，形成多孔石墨烯，同时苯胺在石墨烯的多孔结构中聚合成聚苯胺，得到多孔石墨烯/聚苯胺复合材料。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：闵永刚，唐伟，苑春秋，王剑，刘屹东，宋建军，
申请(专利权)人：南京新月材料科技有限公司，盐城增材科技有限公司，鑫月华科技杭州有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32