一种聚苯胺/石墨烯复合纳米薄膜电极的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种聚苯胺/石墨烯复合纳米薄膜电极的制备方法，包括以下步骤：配制石墨烯分散液，配置苯胺溶液，苯胺的聚合：将苯胺溶液滴加到石墨烯分散液中，搅拌均匀石墨烯分散液，用超声仪对石墨烯分散液超声使石墨烯分散液充分分散；静置石墨烯分散液，使苯胺在石墨烯表面充分聚合形成聚苯胺/石墨烯分散液；制备聚苯胺/石墨烯复合纳米薄膜电极：用电泳方法将聚苯胺/石墨烯分散液中的聚苯胺/石墨烯沉积在负极表面，得到一层均匀的聚苯胺/石墨烯复合纳米片，纳米球或致密的纳米薄膜。本发明专利技术制备的石墨烯/聚苯胺复合纳米薄膜电极具有与衬底兼容性好，形貌均匀，电学性能优异。

Preparation of a polyaniline/graphene composite nano-film electrode

【技术实现步骤摘要】
一种聚苯胺/石墨烯复合纳米薄膜电极的制备方法
本专利技术涉及一种聚苯胺/石墨烯复合纳米薄膜电极的制备方法，属于超级电容器，薄膜电池和有机太阳能电池

技术介绍
石墨烯（GrapheneOxide）是一种由碳原子以SP2杂化的方式的组成的六边形周期性紧密堆积的二维碳纳米材料。与传统的碳材料相比，石墨烯材料具有较大的比表面积，较高的电导率和优越的稳定性，被认为是最具有前途的电极材料之一，特别是在超级电容器和薄膜电池等应用领域。同时，由于石墨烯的比电容相对较低，这也限制了石墨烯在商业化电极材料领域的应用。聚苯胺(PolyAniline)是一种常见的导电的高分子电极材料，具有原料易得，环境友好，制备工艺简单的特点。聚苯胺具有多个氧化还原态，与其他导电聚合物相比，其具有较高的比电容（~200F/g）。目前，聚苯胺已成为薄膜电池和超级电容器的热门研究材料之一。然而，聚苯胺的循环稳定性相对较低，这也限制了其在薄膜电极材料领域的应用。一种可行的方法是讲聚苯胺与石墨烯复合，使它们优势互补，同时具有较高的比电容和较好的循环稳定性。截止至目前，制备聚苯胺/石墨烯复合材料的方法有水热法，原位化学氧化聚合法，电化学聚合法，界面聚合法等。这些方法合成出来的聚苯胺/石墨烯虽然具有较高的比电容，但是工艺相对较复杂，不利于大规模制备，同时也需要粘合剂把合成的材料粘附在衬底电极上，粘合剂的存在会增大电极的电阻，这极大限制了聚苯胺/石墨烯在薄膜电极上的应用。因此，开发出一种成本低廉，工艺简单，无需粘合剂的聚苯胺/石墨烯薄膜电极的制备方法，有着重要的实际意义。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种聚苯胺/石墨烯复合纳米薄膜电极的制备方法，采用电泳的方法将分散均匀的聚苯胺石墨烯复合材料直接沉积到工作电极上，制备出来的薄膜比较均匀，稳定性好，而且方法简单，成本低廉，有利于大规模应用。为达到上述目的，本专利技术提供一种聚苯胺/石墨烯复合纳米薄膜电极的制备方法，包括以下步骤：配制石墨烯分散液：将石墨烯、一号溶剂和表面活性剂混合均匀，配制得到石墨烯分散液；配置苯胺溶液：将苯胺加入二号溶剂中，搅拌二号溶剂使苯胺完全溶于二号溶剂中形成均匀的苯胺溶液；苯胺的聚合：将苯胺溶液滴加到石墨烯分散液中，搅拌均匀石墨烯分散液，用超声仪对石墨烯分散液超声使石墨烯分散液充分分散；静置石墨烯分散液，使苯胺在石墨烯表面充分聚合形成聚苯胺/石墨烯分散液；制备聚苯胺/石墨烯复合纳米薄膜电极：用电泳方法将聚苯胺/石墨烯分散液中的聚苯胺/石墨烯沉积在负极表面，得到一层均匀的聚苯胺/石墨烯复合纳米片，纳米球或致密的纳米薄膜。进一步地，本专利技术中配制石墨烯分散液包括以下步骤：将石墨烯溶于一号溶剂，一号溶剂为乙醇或异丙醇，用超声仪对一号溶剂超声后，向一号溶剂中滴加表面活性剂，再次用超声仪超声一号溶剂，使石墨烯均匀分散在一号溶剂中形成石墨烯分散液。进一步地，本专利技术中配置苯胺溶液包括以下步骤：将苯胺缓慢滴加于二号溶剂中，搅拌二号溶剂使苯胺完全溶于二号溶剂中形成均匀透明的苯胺溶液；进一步地，本专利技术中苯胺的聚合包括以下步骤：将苯胺溶液缓慢滴加到石墨烯分散液中，搅拌均匀石墨烯分散液，再用超声仪对石墨烯分散液超声20min使石墨烯分散液充分分散开；静置石墨烯分散液3天，使苯胺在石墨烯表面充分聚合形成聚苯胺/石墨烯分散液；进一步地，本专利技术中制备聚苯胺/石墨烯复合纳米薄膜电极：将聚苯胺/石墨烯分散液超声10min，然后以导电衬底为工作电极中的负极，铜片为工作电极中的正极，采用电泳方法制备聚苯胺/石墨烯复合薄膜；将制备的聚苯胺/石墨烯复合薄膜电极取出自然烘干；导电衬底为铜片、镍片、镀金聚对苯二甲酸类塑料和镀镍聚对苯二甲酸类塑料薄膜中的一种；电泳方法所加的电压为10-60V，正极与负极的距离为2~5cm，电泳在室温条件下进行，沉积的时间为10-100min。进一步地，本专利技术中将单层石墨烯粉末溶于一号溶剂，用超声仪对一号溶剂超声10min后，向一号溶剂中滴加硝酸镁溶液表面活性剂，再次用超声仪超声一号溶剂10min，使单层石墨烯粉末均匀分散在一号异丙醇溶液中形成石墨烯分散液。进一步地，本专利技术中二号溶剂为异丙醇溶液，配制苯胺溶液溶度为0.05-1.0M/L，配制的石墨烯分散液中石墨烯的含量为1~20mg/L。进一步地，本专利技术中表面活性剂为硝酸镁、十二烷基磺酸钠和十二烷基硫酸钠中的一种或多种溶于异丙醇溶液制的，表面活性剂浓度是0.01~1mM/L。进一步地，本专利技术中苯胺的聚合步骤中，向石墨烯分散液中加入酸溶液，酸溶液为硝酸和异丙醇溶液的混合溶液，盐酸和异丙醇溶液的混合溶液，硫酸和异丙醇的混合溶液中的一种或多种；酸溶液浓度为0.001~0.01mM/L；静置石墨烯分散液时间可为8小时-30天。进一步地，本专利技术中聚苯胺/石墨烯复合纳米薄膜电极由石墨烯和聚苯胺纳米材料复合而成，聚苯胺纳米材料直接附着在石墨烯纳米片上。本专利技术所达到的有益效果：现有技术制备的聚苯胺/石墨烯复合材料是粉末状的，通过粘合剂把材料粘到衬底电极上，降低了该材料的电导率，而本专利技术采用的方法制备出来的聚苯胺/石墨烯复合纳米薄膜，形貌均一，与衬底的兼容性好，更有利于聚苯胺/石墨烯复合纳米薄膜通过后续手段构建薄膜电池或超级电容器；本专利技术提供制备方法工艺简单，成本低廉，无需粘合剂，可兼容大部分薄膜电极，可大规模制备；该制备方法可以通过调控石墨烯浓度，苯胺浓度，电泳的电压，正负极间距和电泳时间等条件来改变聚苯胺/石墨烯复合薄膜电极的厚度，形貌和组分。附图说明图1为本专利技术实施例一制得的聚苯胺/石墨烯复合纳米薄膜电极的SEM图；图2为本专利技术实施例一制得的聚苯胺/石墨烯复合纳米薄膜电极在1MLiCl溶液中测得的循环伏安曲线示意图；图3为本专利技术实施例一制得的聚苯胺/石墨烯复合纳米薄膜电极在1MLiCl溶液中测得的恒电流充放电曲线示意图；图4为本专利技术实施例二制得的聚苯胺/石墨烯复合纳米薄膜电极的SEM图；图5为本专利技术实施例三制得的聚苯胺/石墨烯复合纳米薄膜电极的SEM图；图6为本专利技术实施例四制得的聚苯胺/石墨烯复合纳米薄膜电极的SEM图；图7为本专利技术实施例五制得的聚苯胺/石墨烯复合纳米薄膜电极的SEM图；图8为本专利技术实施例六制得的聚苯胺/石墨烯复合纳米薄膜电极的SEM图。具体实施方式以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。实施例一一种聚苯胺/石墨烯复合纳米薄膜电极的制备方法，包括以下步骤：配制石墨烯分散液：将石墨烯、一号溶剂和表面活性剂混合均匀，配制得到石墨烯分散液；配置苯胺溶液：将苯胺加入二号溶剂中，搅拌二号溶剂使苯胺完全溶于二号溶剂中形成均匀的苯胺溶液；苯胺的聚合：将苯胺溶液滴加到石墨烯分散液中，搅拌均匀石墨烯分散液，用超声仪对石墨烯分散液超声使石墨烯分散液充分分散；静置石墨烯分散液，使苯胺在石墨烯表面充分聚合形成聚苯胺/石墨烯分散液；制备聚苯胺/石墨烯复合纳米薄膜电极：用电泳方法将聚苯胺/石墨烯分散液中的聚苯胺/石墨烯沉积在负极表面，得到一层均匀的聚苯胺/石墨烯复合纳米片，纳米球或致密的纳米薄膜。进一步地，本专利技术中配制石墨烯分散液包括以下步骤：将石墨烯溶于一号溶剂，一号溶剂为乙醇或异丙本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种聚苯胺/石墨烯复合纳米薄膜电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：配制石墨烯分散液：将石墨烯、一号溶剂和表面活性剂混合均匀，配制得到石墨烯分散液；配置苯胺溶液：将苯胺加入二号溶剂中，搅拌二号溶剂使苯胺完全溶于二号溶剂中形成均匀的苯胺溶液；苯胺的聚合：将苯胺溶液滴加到石墨烯分散液中，搅拌均匀石墨烯分散液，用超声仪对石墨烯分散液超声使石墨烯分散液充分分散；静置石墨烯分散液，使苯胺在石墨烯表面充分聚合形成聚苯胺/石墨烯分散液；制备聚苯胺/石墨烯复合纳米薄膜电极：用电泳方法将聚苯胺/石墨烯分散液中的聚苯胺/石墨烯沉积在负极表面，得到一层均匀的聚苯胺/石墨烯复合纳米片，纳米球或致密的纳米薄膜。

【技术特征摘要】
1.一种聚苯胺/石墨烯复合纳米薄膜电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：配制石墨烯分散液：将石墨烯、一号溶剂和表面活性剂混合均匀，配制得到石墨烯分散液；配置苯胺溶液：将苯胺加入二号溶剂中，搅拌二号溶剂使苯胺完全溶于二号溶剂中形成均匀的苯胺溶液；苯胺的聚合：将苯胺溶液滴加到石墨烯分散液中，搅拌均匀石墨烯分散液，用超声仪对石墨烯分散液超声使石墨烯分散液充分分散；静置石墨烯分散液，使苯胺在石墨烯表面充分聚合形成聚苯胺/石墨烯分散液；制备聚苯胺/石墨烯复合纳米薄膜电极：用电泳方法将聚苯胺/石墨烯分散液中的聚苯胺/石墨烯沉积在负极表面，得到一层均匀的聚苯胺/石墨烯复合纳米片，纳米球或致密的纳米薄膜。2.根据权利要求1所述的一种聚苯胺/石墨烯复合纳米薄膜电极的制备方法，其特征在于，配制石墨烯分散液包括以下步骤：将石墨烯溶于一号溶剂，一号溶剂为乙醇或异丙醇，用超声仪对一号溶剂超声后，向一号溶剂中滴加表面活性剂，再次用超声仪超声一号溶剂，使石墨烯均匀分散在一号溶剂中形成石墨烯分散液。3.根据权利要求1所述的一种聚苯胺/石墨烯复合纳米薄膜电极的制备方法，其特征在于，配置苯胺溶液包括以下步骤：将苯胺缓慢滴加于二号溶剂中，搅拌二号溶剂使苯胺完全溶于二号溶剂中形成均匀透明的苯胺溶液。4.根据权利要求1所述的一种聚苯胺/石墨烯复合纳米薄膜电极的制备方法，其特征在于，苯胺的聚合包括以下步骤：将苯胺溶液缓慢滴加到石墨烯分散液中，搅拌均匀石墨烯分散液，再用超声仪对石墨烯分散液超声20min使石墨烯分散液充分分散开；静置石墨烯分散液3天，使苯胺在石墨烯表面充分聚合形成聚苯胺/石墨烯分散液。5.根据权利要求1所述的一种聚苯胺/石墨烯复合纳米薄膜电极的制备方法，其特征在于，制备聚苯胺/石墨烯复合纳米薄膜电极：将聚苯胺/石墨烯...

【专利技术属性】
技术研发人员：巩江峰，李精昌，唐春梅，张开骁，朱卫华，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32