一种炭纳米纤维负载有序排列还原氧化石墨烯电极材料的制备方法技术

一种炭纳米纤维负载有序排列还原氧化石墨烯电极材料的制备方法，以鳞片石墨为原料，采用Hummer法制备氧化石墨烯，将氧化石墨烯用离子液体进行表面改性，得到离子液体表面改性氧化石墨烯，与聚合物加入到溶剂中，在超声波作用下，强力搅拌，形成静电纺丝溶液；将静电纺丝溶液进行静电纺丝，将静电纺丝接收器上得到的氧化石墨烯‑聚合物静电纺丝纤维，经过热处理后，得到RGO镶嵌式垂直有序排列于炭纳米纤维表面的复合材料。优点是：工艺合理，性能稳定，可以防止RGO团聚，提高比表面积，进而增加电荷存储密度和电荷迁移速率，作为大容量功率型超级电容器的电极使用，充放电效率可以达到99.5％‑99.7％。

【技术实现步骤摘要】
一种炭纳米纤维负载有序排列还原氧化石墨烯电极材料的制备方法
本专利技术属于电极材料制备领域，涉及一种炭纳米纤维负载嵌入式有序垂直排列还原氧化石墨烯电极材料的制备方法。
技术介绍
还原氧化石墨烯(RGO)通常是由几层至几十层单片石墨烯复合而成，其具有开放的二维结构、高比表面积和快速的层内电子传输速率等特性，使RGO作为电极材料在超级电容器等化学电源中极具应用价值。但是RGO作为电极材料应用存在团聚严重、容易层间复合和成型加工困难等问题。采用一维(1D)高长径比纳米线负载二维(2D)RGO可以形成三维(3D)网状膜结构，从而防止RGO团聚、增加电荷存储表面积、提高电荷传输速率和电极成型加工性能。静电纺丝法是目前可以连续制备高长径比纳米纤维的唯一方法，工业化特征显著。CN103938366A公开了一种静电纺丝制备氧化石墨烯与聚乙烯醇复合膜的方法，它包括以下步骤：将氧化石墨烯加入去离子水中，超声分散后，将分散均匀的氧化石墨烯水溶液与聚乙烯醇混合，得到氧化石墨烯与聚乙烯醇的纺丝溶液。然后将氧化石墨烯与聚乙烯醇的纺丝溶液进行静电纺丝，得到氧化石墨烯与聚乙烯醇复合膜。但是该方法没有实现氧化石墨烯的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种炭纳米纤维负载有序排列还原氧化石墨烯电极材料的制备方法，其特征是：具体制备步骤如下：(1)、氧化石墨烯的制备取10.0g的1000目～5000目鳞片石墨为原料，以200.0mL～400.0mL的浓硫酸、4.0g～6.0g硝酸钠、0.5g双氧水和20.0g～40.0g高锰酸钾强氧化剂，采用Hummer法制备氧化石墨烯，得到氧化石墨烯水溶液；取氧化石墨烯水溶液，利用频率60.0KHz～100.0KHz，功率1.0KW～3.0KW的超声波破碎仪处理10min～30min，得到氧化石墨烯片层厚度在10.0nm～30.0nm、片大小0.1μm～2μm的氧化石墨烯分散溶液；将所得的氧化石墨烯分散溶...

【技术特征摘要】
1.一种炭纳米纤维负载有序排列还原氧化石墨烯电极材料的制备方法，其特征是：具体制备步骤如下：(1)、氧化石墨烯的制备取10.0g的1000目～5000目鳞片石墨为原料，以200.0mL～400.0mL的浓硫酸、4.0g～6.0g硝酸钠、0.5g双氧水和20.0g～40.0g高锰酸钾强氧化剂，采用Hummer法制备氧化石墨烯，得到氧化石墨烯水溶液；取氧化石墨烯水溶液，利用频率60.0KHz～100.0KHz，功率1.0KW～3.0KW的超声波破碎仪处理10min～30min，得到氧化石墨烯片层厚度在10.0nm～30.0nm、片大小0.1μm～2μm的氧化石墨烯分散溶液；将所得的氧化石墨烯分散溶液采用半透膜在去离子水中进行除酸、除离子纯化，每6h更换半透膜外的去离子水，直至半透膜外溶液pH＝7，将所得的氧化石墨烯40℃真空干燥12h后，备用；(2)、氧化石墨烯的表面改性取10.0g的步骤(1)制备的氧化石墨烯溶于去离子水中，加入0.1g～0.5g的含有可反应性基团离子液体，所述含有可反应性基团离子液体为含有羧基(-COOH)的离子液体、含有磺酸基(-SO3OH)的离子液体、含有氨基(-NH3)的离子液体或含有羟基(-OH)的离子液体，对氧化石墨烯进行了表面改性；将离子液体改性氧化石墨烯，在10000转/分钟～12000转/分钟的条件下，离心分离10分钟～30分钟，去除离心管中上层清液；将离心管底部得到的离子液体改性氧化石墨烯取出，40℃下真空干燥12h；(3)、炭纳米纤维负载嵌入式有序垂直阵列RGO复合材料的制备取1.0g离子液体表面改性氧化石墨烯，与聚合物按照质量比1:100～10:100加入到溶剂中，在300W超声波作用下，搅拌4.0h-8.0h，形成离子液体表面改性氧化石墨烯和聚合物固含量为20.0wt％～30.0wt％的静电纺丝溶液中；将静电纺丝溶液进行静电纺丝，将静电纺丝接收器上得到的氧化石墨烯-聚合物静电纺丝纤维进行热处理，空气气氛中，在升温速率0.3℃/分钟～0.5℃/分钟条件下，由室温升温到120℃，在120℃恒温2h；在升温速率0.5℃/分钟至1.5℃/分钟条件下，由120℃升温到280℃，在280℃恒温2h；氩气气氛中，在升温速率为3.0℃/分钟至5.0℃/分钟条件下，由280℃升温到1000℃，在1000℃恒温2h后，得到RGO镶嵌式垂直有序排列于炭纳米纤维表面的复合材料。2.根据权利要求1所述的炭纳米纤维负载有序排列还原氧化石墨烯电极材料的制备方法，其特征是：所述含有可反应性基团离子液体为1,2-二甲基-3-羟乙基咪唑对甲基苯磺酸盐、1,2-二甲基-3-羟乙基咪唑双(三氟甲烷磺酰)亚胺盐、1,2-二甲基-3-羟乙基咪唑六氟磷酸盐、1,2-二甲基-3-羟乙基咪唑四氟硼酸盐、1-羟乙基-2,3-二甲基咪唑氯盐、1-羧乙基-3-甲基咪唑双(三氟甲烷磺酰)亚胺盐、1-羧乙基-3-甲基咪唑硝酸盐、1-羧乙基-3-甲基咪唑硫酸氢盐、1-羧乙基-3-甲基...

【专利技术属性】
技术研发人员：何铁石，付一然，曾金，贾瑞，王云凤，赵欣晔，
申请(专利权)人：渤海大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21