PDA-GO-(Co)Bpy制造技术

本发明专利技术公开一种

【技术实现步骤摘要】
PDA
‑
GO
‑
(Co)Bpy复合材料制备方法及电极材料、用途


[0001]本专利技术属于直接转变化学能为电能
，涉及一种
PDA
‑
GO
‑
(Co)Bpy
复合材料制备方法及电极材料
、
用途，尤其是涉及提高液流电池导电性和电容性的新型电极材料的合成方法
。

技术介绍

[0002]液流电池（
RFB
）储能技术因安全可靠
、
寿命长
、
效率高等优势受到广泛关注
。
电极作为
RFB
中电解质离子发生氧化还原反应的主要场所，在
RFB
中起着至关重要的作用，电极材料的电化学活性和表面形貌直接决定了
RFB
的储能效率
。
目前石墨毡（
GF
）等多孔碳基材料因导电性能好
、
稳定性高等优点被广泛用作液流电池系统的电极，但其比表面积低，电化学活性
、
亲水性
、
可逆性较差，且沉积或生长在
GF
电极上的催化介质容易受到电解液的冲刷发生剥离，造成电化学活性电位的缺失从而影响
RFB
性能
。
因此有必要对这类碳基电极进行改性以提高它们的电化学性能和表面活性
。
[0003]已有的电极材料改性方案大多通用1‑2种材料复合提高整体的导电性以此来提升电池性能，但是针对对电极的稳定性，电容性的研究考虑较少，而电极材料的稳定性及电容性也是评判电池性能的标志，若在提升电极材料导电性的同时又能提升其稳定性和电容性，这将对液流电池的发展产生巨大的应用价值
。

技术实现思路

[0004]为解决现有技术中存在的技术问题，本专利技术提供一种
PDA
‑
GO
‑
(Co)Bpy
复合材料制备方法及电极材料
、
用途
。
将
PDA、GO、(Co)Bpy
三者进行复合，并对此材料进行了电化学性能分析，验证复合材料在稳定性
、
导电性
、
电容性方向的优势
。
[0005]本专利技术的技术方案为
PDA
‑
GO
‑
(Co)Bpy
复合材料的制备方法，将
DA、GO、(Co)Bpy
通过共价键及弱相互作用结合而成的化合物，制备过程分为两步进行：第一步为
PDA
与
GO
复合制备
PDA
‑
GO
复合材料；第二步为制备
PDA
‑
GO
‑
(Co)Bpy
；具体包括如下步骤：首先，
GO
超声分散后置于
Tris
‑
HCl
缓冲溶液中，
pH
值保持在
7.5~9.5
，连续超声均匀分散，然后将
DA
置于含有
GO
的
Tris
‑
HCl
缓冲溶液中混合均匀，恒温搅拌，获得产物，随后将产物通过洗涤离心烘干以制得
PDA
‑
GO
复合材料；其中，
GO
和
DA
的质量比保持在3：
1~1
：3，所述烘干过程中保持温度在
50℃
以下避免
PDA
的破坏
。
[0006]选择以2‑
吡啶甲酸为配体
、
钴为配位金属的
(Co)Bpy
材料，将上述步骤制得的
PDA
‑
GO
复合材料经分散后，先后加入摩尔比为
1:1~1:4
的硝酸钴和2‑
吡啶甲酸，完全溶解，得到混合物
。
将上述混合物加热至
150~190℃
，充分反应后获得最终产物，将最终产物进行冷却，洗涤干燥后获得
PDA
‑
GO
‑
(Co)Bpy
复合材料
。
[0007]进一步，该反应在特氟龙内衬的高压反应釜内进行
。
[0008]PDA
‑
GO
复合材料的反应物具有如下特点：（1）作为与复合基底链接材料的多巴胺分子具有如下化学结构：
[0009]多巴胺因具有儿茶酚官能团和赖氨酸的端氨基团使其可以通过简单的自聚合反应以形成聚多巴胺（
PDA)
，聚多巴胺的聚合机理如下所示
::
[0010]（2）氧化石墨烯（
GO
）因在单层石墨烯边缘和基面引入了大量的含氧官能团，包括羟基
、
羧基
、
环氧基和羰基
。
并且根据制备过程中氧化剂用量的不同，氧化程度低的
GO
表面会存在大量完整的芳香六元环，含有丰富的
π
电子云，可以与富含五元环或六元环的分子通过
π
‑
π
相互作用结合，
GO
的粗略结构如下所示
:
[0011]PDA
‑
GO
复合材料的结合主要包括共价键及弱相互作用
:
共价键的结合主要是因为
DA
对
GO
的还原，包括
DA
对
GO
上环氧基的开环反应，详细解释为
DA
上的氨基对
GO
上环氧基的还原导致一个
C
‑
O
键被破坏进而将
DA
通过
C
‑
N
键进行结合；其次为
DA
与
GO
上羧基的羧基化反应，详细解释为
DA
上的氨基对
GO
上羧基的脱水缩合导致
DA
与羧基结合后脱去一分子水，其反应过程如下所示
:
[0012][0013]另一方面，
DA
与
GO
结合的弱相互作用包括
DA
上的芳香环与
GO
的芳香环发生的
π
‑
π
相互作用以及二者间
N
‑
H、O
‑
H
类型的氢键相互作用
。
[0014]PDA
‑
GO
‑
(Co)Bpy
复合材料中
GO
与
(Co)Bpy
的结合主要通过
GO
上羧基与...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.PDA
‑
GO
‑
(Co)Bpy
复合材料的制备方法，其特征在于，将
DA、GO、(Co)Bpy
通过共价键及弱相互作用结合而成的化合物，制备过程分为两步进行：第一步为
PDA
与
GO
复合制备
PDA
‑
GO
复合材料；第二步为制备
PDA
‑
GO
‑
(Co)Bpy
；具体包括如下步骤：步骤1）
GO
超声分散后置于
Tris
‑
HCl
缓冲溶液中，
pH
值保持在
7.5~9.5
，连续超声均匀分散，得到含有
GO
的
Tris
‑
HCl
缓冲溶液；步骤2）将
DA
置于上述步骤中的含有
GO
的
Tris
‑
HCl
缓冲溶液中混合均匀，恒温搅拌获得产物，随后将产物通过洗涤离心烘干以制得
PDA
‑
GO
复合材料；其中，
GO
和
DA
的质量比保持在3：
1~1
：3；步骤3）选择以2‑
吡啶甲酸为配体
、
钴为配位金属的
(Co)Bpy
材料，将上述步骤制得的
PDA
‑
GO
复合材料经分散后，先后加入摩尔比为
1:1~1:4

【专利技术属性】
技术研发人员：李春丽，程佳豪，王佳瑞，邢世禄，杨鹏，周楠，郝亚玲，
申请(专利权)人：内蒙古工业大学，
类型：发明
国别省市：