一种聚苯胺/石墨烯/锰氧化物复合材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种聚苯胺/石墨烯/锰氧化物复合材料的制备方法。利用聚苯胺链段上带正电的氮和氧化石墨烯表面上的环氧键之间的静电张力在三维多孔网状聚苯胺表面吸附大量的氧化石墨烯，有效的阻止了氧化石墨烯的团聚；加入高锰酸钾溶液和过量的硫酸锰溶液到聚苯胺/氧化石墨烯混合液中，生成的二氧化锰沉积在石墨烯片上面，过量的硫酸锰将氧化石墨烯还原为石墨烯片，同时生成的四氧化三锰沉积在石墨烯片上制备出三维多孔网状聚苯胺/石墨烯/锰氧化物复合材料。本发明专利技术方法制备过程简单、绿色环保、可靠，且所得复合材料具有规整的空间结构、高能量密度和功率密度、优秀的循环性能，是一种理想的超级电容器电极材料，尤其适合工业化生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于新型能源材料
，特别涉及一种以水热法制备超级电容器用三维多孔网状聚苯胺/石墨烯/锰氧化物复合材料的方法。
技术介绍
超级电容器由于具有高能量密度和功率密度以及优秀的循环性能等而作为快速和高功率能量储存系统领域的首要选择。超级电容器中的电极材料对超级电容器的性能起到至关重要的作用，因此，实现超级电容器广泛应用的重中之重是制备和开发高性能的电极材料。导电聚合物、过渡金属氧化物和碳材料是超级电容器电极材料常用的三种材料。利用这三种材料的优势特征而克服单一材料存在的不足制备复合电极材料是目前超级电容器电极材料研究的热点之一。Razak等人合成了聚苯胺、多壁碳纳米管和二氧化锰的三元复合材料并对其结构进行了表征和分析。该材料具有高热稳定性、良好的循环性能和低电导率（S.I.A.Razak,etal.MnO2-filledmultiwalledcarbonnanotube/polyanilinenanocomposites:effectofloadingontheconductionpropertiesanditspercolationthreshold[J].Nano,2011,6(1):81-91）。Li等采用简单的湿化学法以聚苯胺、多壁碳纳米管和二氧化锰为原料制备同轴结构的三元复合材料，可有效提高二氧化锰的电化学利用率及降低各组分之间的接触电阻而获得良好的电化学性能（Q.Li,etal.Synthesisandelectrochemicalperformanceofmulti-walledcarbonnanotube/Polyaniline/MnO2ternarycoaxialnanostructuresforsupercapacitors[J].J.PowerSources,2011,196(1):565-572.)。Meng等采用一步界面聚合法制备聚苯胺/二氧化锰复合材料，该材料具有良好的循环稳定性和高电容（F.Meng,etal.ControllablesynthesisofMnO2/polyanilinenanocompositeanditselectrochemicalcapacitiveproperty[J].NanoscaleRes.Lett.,2013,8(1):179.）。Han等以二氧化锰纳米棒、聚苯胺和氧化石墨烯为原料制备三元复合电极材料，为长寿命、高性能金属氧化物基超级电容器电极材料的制备提供了一种有效的方法（G.Han,etal.MnO2nanorodsintercalatinggrapheneoxide/Polyanilineternarycompositesforrobusthigh-performancesupercapacitors[J].Nature,2014,4(4824):1-7.）。本专利申请人课题组采用界面聚合法一步合成二氧化锰/聚苯胺/石墨烯三维杂化材料，为高性能超级电容器电极材料的工业化生产提供了重要的实验依据（X.Fan,etal.Preparationof3DMnO2/polyaniline/graphenehybridmaterialviainterfacialpolymerizationashigh-performancesupercapacitorelectrode[J].Chin.J.Chem.2016,34(8):839-846.）。因此采用简单的合成技术制备高性能超级电容器电极材料对于其在电化学储能领域的应用具有重大的意义。本专利技术以三维氧化石墨烯、三维多孔网状聚苯胺、硫酸锰和高锰酸钾为原料，采用水热法制备三维多孔网状聚苯胺/石墨烯/锰氧化物复合材料。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种聚苯胺/石墨烯/锰氧化物复合材料的制备方法。本专利技术思路：利用聚苯胺链段上带正电的氮和氧化石墨烯表面上的环氧键之间的静电张力在三维多孔网状聚苯胺表面吸附大量的氧化石墨烯，有效的阻止了氧化石墨烯的团聚；加入高锰酸钾溶液和过量的硫酸锰溶液到聚苯胺/氧化石墨烯混合液中，生成的二氧化锰沉积在石墨烯片上面，过量的硫酸锰将氧化石墨烯还原为石墨烯片，同时生成的四氧化三锰沉积在石墨烯片上制备三维多孔网状聚苯胺/石墨烯/锰氧化物（二氧化锰和四氧化三锰）复合材料。具体步骤为：(1)将氧化石墨烯溶解于去离子水中，超声10min制得氧化石墨烯溶液。(2)向步骤(1)制得的氧化石墨烯溶液中加入三维多孔聚苯胺，充分搅拌下加入KMnO4溶液和MnSO4溶液，均匀搅拌下反应8h，制得混合溶液。(3)向步骤(2)制得的混合溶液中加入NaOH溶液，超声处理5min后转移至高压反应釜中，185℃下反应4h，自然冷却至室温后，所得产物用去离子水清洗至中性后进行干燥，即制得聚苯胺/石墨烯/锰氧化物复合材料。所述三维多孔聚苯胺与氧化石墨烯的质量比为0.1~4:1，所述MnSO4与KMnO4的物质的量之比为9:1；所述MnSO4与NaOH的物质的量之比为3:5；所述锰氧化物与氧化石墨烯的质量比为0.05~0.5:1。本专利技术方法制备过程简单、绿色环保、可靠，且所得复合材料具有规整的空间结构、高能量密度和功率密度、优秀的循环性能，是一种理想的超级电容器电极材料，尤其适合工业化生产。附图说明图1是本专利技术实施例5中制备的聚苯胺/石墨烯/锰氧化物复合材料的扫描电镜图。具体实施方式实施例1：(1)将0.5g三维氧化石墨烯溶解于100mL去离子水中，超声10min制得氧化石墨烯溶液。(2)向步骤(1)制得的氧化石墨烯溶液中加入0.05g三维多孔聚苯胺，充分搅拌下加入KMnO4溶液（含0.005gKMnO4）和MnSO4溶液（含0.0430gMnSO4），均匀搅拌下反应8h，制得混合溶液。(3)向步骤(2)制得的混合溶液中加入NaOH溶液（含0.0190gNaOH），超声处理5min后转移至高压反应釜中，185℃下反应4h，自然冷却至室温后，所得产物用去离子水清洗至中性后进行干燥，即制得聚苯胺/石墨烯/锰氧化物复合材料。所述三维多孔聚苯胺与氧化石墨烯的质量比为0.1:1，所述MnSO4与KMnO4的物质的量之比为9:1；所述MnSO4与NaOH的物质的量之比为3:5；所述锰氧化物与氧化石墨烯的质量比为0.05:1。实施例2：(1)将0.5g三维氧化石墨烯溶解于100mL去离子水中，超声10min制得氧化石墨烯溶液。(2)向步骤(1)制得的氧化石墨烯溶液中加入0.05g三维多孔聚苯胺，充分搅拌下加入KMnO4溶液（含0.01gKMnO4）和MnSO4溶液（含0.0861gMnSO4），均匀搅拌下反应8h，制得混合溶液。(3)向步骤(2)制得的混合溶液中加入NaOH溶液（含0.0380gNaOH），超声处理5min后转移至高压反应釜中，185℃下反应4h，自然冷却至室温后，所得产物用去离子水清洗至中性后进行干燥，即制得聚苯胺/石墨烯/锰氧化物复合材料。所述三维多孔聚苯胺与氧化石墨烯的质量比为0.1:1，所述MnSO4与KMnO4的物质的量之比为9:1；所述MnSO4与NaOH的物质的量之比为3:5；所述锰氧化物与氧化石墨烯的质量比为0.1:1。实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚苯胺/石墨烯/锰氧化物复合材料的制备方法，其特征在于具体步骤为：(1)将氧化石墨烯溶解于去离子水中，超声10 min制得氧化石墨烯溶液；(2)向步骤(1)制得的氧化石墨烯溶液中加入三维多孔聚苯胺，充分搅拌下加入KMnO4溶液和MnSO4溶液，均匀搅拌下反应8 h，制得混合溶液；(3)向步骤(2)制得的混合溶液中加入NaOH溶液，超声处理5 min后转移至高压反应釜中，185 ℃下反应4 h，自然冷却至室温后，所得产物用去离子水清洗至中性后进行干燥，即制得聚苯胺/石墨烯/锰氧化物复合材料；所述三维多孔聚苯胺与氧化石墨烯的质量比为0.1~4:1，所述MnSO4与KMnO4的物质的量之比为9:1；所述MnSO4与NaOH的物质的量之比为3:5；所述锰氧化物与氧化石墨烯的质量比为0.05~0.5:1。

【技术特征摘要】
1.一种聚苯胺/石墨烯/锰氧化物复合材料的制备方法，其特征在于具体步骤为：(1)将氧化石墨烯溶解于去离子水中，超声10min制得氧化石墨烯溶液；(2)向步骤(1)制得的氧化石墨烯溶液中加入三维多孔聚苯胺，充分搅拌下加入KMnO4溶液和MnSO4溶液，均匀搅拌下反应8h，制得混合溶液；(3)向步骤(2)制得的混合溶液中加入NaOH溶液，超声处理5mi...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊新，庞树花，陈韦良，李业宝，方东，
申请(专利权)人：桂林理工大学，
类型：发明
国别省市：广西;45