本发明专利技术涉及一种制备二氧化锰/碳材料/导电聚合物复合材料的方法，其包括（1）由高锰酸钾水溶液和碳材料胶体溶液组成的水相，与由导电聚合物的单体分散在有机溶剂中形成的有机相进行两相界面氧化聚合得到二氧化锰/碳材料/导电聚合物的复合物的步骤；及（2）在有惰性气体存在条件下，将由步骤（1）所得的二氧化锰/碳材料/导电聚合物的复合物经煅烧制得目标物的步骤。本发明专利技术突出的优点在于，采用煅烧方式对二氧化锰、碳材料和/或导电聚合物等导电材料的复合材料进行后处理，如此，不仅可还原碳材料，而且可以将二氧化锰中的水合物除去形成稳定的晶型结构，从而改善所述复合材料的电化学性能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及，具体地说，涉及一种用作超级电容器电极材料的石墨烯/二氧化锰/聚苯胺复合材料的制备方法。
技术介绍
二氧化锰由于具有价格低廉、环境友好、资源丰富和高的理论比电容(1370F g-1)的特点，成为一种有广阔应用前景的超级电容器电极材料。但是，二氧化锰存在着结构紧密和导电性差的缺陷，导致其比电容偏低且电化学循环性不理想，限制了二氧化锰的实际应用。目前主要从两方面来解决这些问题一是通过制备纳米结构的二氧化锰，以增加其比表面积，提高其利用率，从而达到改善二氧化锰比电容的目的。但是纳米二氧化锰在电化学循环过程中很容易发生团聚，使循环性能变差。二是将二氧化锰与碳材料和/或导电聚合物等导电材料复合，即改善了二氧化锰的电导率，又克服了二氧化锰紧密堆积的问题，同时导电基体的骨架限域作用也能提高其循环性能。中国专利文献CN 102354611A公开了一种石墨烯/ 二氧化锰复合材料的制备方法，其主要是采用石墨烯还原高锰酸钾的方法来制备二氧化锰/石墨烯复合材料；Yong-Gang Wang等人报道了一种采用界面聚合方法制备二氧化锰/聚苯胺复合材料的方法(Adv. Mater. 2008，20，2166-2170);及中国专利文献 CN 101696323A 揭示了一种用高锰酸盐氧化苯胺制备聚苯胺/二氧化锰复合材料的方法。
技术实现思路
纵观现有制备二氧化锰与碳材料和/或导电聚合物等导电材料的复合材料的方法，其有的共同点是所制得的复合材料经简单干燥后便直接使用。但本专利技术的专利技术人经实验发现无论是采用普通的氧化还原法，还是采用界面氧化聚合方法制得的二氧化锰与碳材料和/或导电聚合物等导电材料的复合材料经简单干燥后便直接使用，其电性能将受影响。换而言之，对无论是采用普通的氧化还原法，还是采用界面氧化聚合方法制得的二氧化锰与碳材料和/或导电聚合物等导电材料的复合材料进行适当地后处理，将会改善其电性能。据此，本专利技术提供如下技术方案，包括如下步骤(I)由高锰酸钾水溶液和碳材料胶体溶液组成的水相，与由导电聚合物的单体分散在有机溶剂中形成的有机相进行两相界面氧化聚合得到二氧化锰/碳材料/导电聚合物的复合物的步骤 '及(2)在有惰性气体存在条件下，将由步骤(I)所得的二氧化锰/碳材料/导电聚合物的复合物经煅烧制得目标物(二氧化锰/碳材料/导电聚合物复合材料)的步骤。本专利技术突出的优点在于，采用煅烧方式对二氧化锰、碳材料和/或导电聚合物等导电材料的复合材料进行后处理，如此，不仅可还原碳材料，而且可以将二氧化锰中的水合物除去形成稳定的晶型结构，从而改善所述复合材料的倍率特性和循环性能。附图说明图I为由实施例I所制备的复合材料煅烧前的HRTEM图。图2为由(a)比较例I和(b)实施例I所制备的复合材料的XRD图。图3为(a)比较例I和(b)实施例I在IA g—1的电流密度下的充放电曲线；其中，横坐标为时间，纵坐标为电压。图4为(a)比较例I和(b)实施例I的比电容与电流密度的关系曲线；其中，横坐标为电流密度，纵坐标为比电容。图5为(a)比较例I和(b)实施例I在IA g_1的电流密度下的充放电循环图；其中，横坐标为循环次数，纵坐标为比电容保持率。具体实施例方式在本专利技术一个优选的技术方案中，所用的碳材料为石墨烯，所用的导电聚合物为聚苯胺。在本专利技术另一个优选的技术方案中，本专利技术提供一种制备二氧化锰/石墨烯/聚苯胺复合材料的方法，包括如下步骤(I)由高锰酸钾水溶液和氧化石墨烯胶体溶液组成的水相，与由苯胺单体分散在有机溶剂中形成的有机相进行两相界面氧化聚合得到二氧化锰/氧化石墨烯/聚苯胺的复合物的步骤 '及(2)在有惰性气体存在条件下，将由步骤(I)所得的二氧化锰/氧化石墨烯/聚苯胺的复合物于250°C 500°C煅烧制得目标物(二氧化锰/石墨烯/聚苯胺复合材料)的步骤。 其中，所述的氧化石墨烯胶体溶液由主要步骤如下的制备方法制得首先，以石墨微粉为初始原料采用Hrnnmer法获得氧化石墨；然后，将所得到氧化石墨置于去离子水中，控制氧化石墨的浓度为lmg/mL 5mg/mL,并使该体系的pH值为9 10 ;最后，依次经搅拌及离心(除去沉淀物)，得到氧化石墨烯胶体溶液。在本专利技术另一个优选的技术方案中，在步骤(I)所述水相中，氧化石墨烯浓度为O. 2mg/mL 4mg/mL ;所述有机相中苯胺单体的浓度为O. 02mol/L O. lmol/L。在本专利技术又一个优选的技术方案中，在步骤(I)中，苯胺单体与高锰酸钾的摩尔比为 I : (O. 5 5. O)。在本专利技术又一个优选的技术方案中，在步骤(2)中，煅烧时间为I小时至3小时。综上所述，本专利技术所述的一种制备石墨烯/ 二氧化锰/聚苯胺复合材料的方法，具体包括如下步骤(I)以石墨微粉为初始原料采用Hummer法获得氧化石墨，将该氧化石墨加入去离子水中，控制氧化石墨的浓度为lmg/mL 5mg/mL,用氨水调节溶液的pH值在9!O,搅拌72小时后，再经在500rpm转速下离心，除去沉淀物，得到氧化石墨烯胶体溶液；将高锰酸钾溶解在去离子水中，形成高锰酸钾水溶液，并将该高锰酸钾水溶液缓慢滴加到由上述步骤制得的氧化石墨烯胶体溶液中，搅拌I小时 2小时，冰水浴冷至0°C 5°C形成水相(所述水相中氧化石墨烯浓度优选为O. 2mg/mL 4mg/mL)；将苯胺单体分散在有机溶剂(如齒代烷(如氯仿、二氯甲烷或四氯化碳等)或甲基取代苯(如甲苯或二甲苯等)等)中，冰水浴冷至(TC 5°C，形成有机相(所述有机相中苯胺单体的浓度优选为O. 02mol/L O. lmol/L)；将上述有机相和水相引入同一反应器中(或将水相引入有机相中，反之也然)，形成两相界面，在冰水浴条件下，保持12小时 72小时，将有机相吸出后过滤，滤饼经洗涤及干燥，得到氧化石墨烯/二氧化锰/聚苯胺复合物；(2)将由步骤(I)得到的氧化石墨烯/ 二氧化锰/聚苯胺复合物置于管式炉中，通入惰性气体(如氩气或氮气等)保护，加热升温至250°C 500°C，控制升温速率1_5°C /min,并在此状态保持f 3小时(煅烧)，然后冷却到室温，得到目标物(石墨烯改性聚苯胺/ 二氧化锰复合材料)。 由本专利技术提供的石墨烯改性聚苯胺/ 二氧化锰的复合材料可用于制备超级电容器的活性电极材料。即将该复合材料与导电碳黑和粘结剂按质量比为75/20/5混合均匀，加入少量的去离子水和无水乙醇，反复研磨，制成黏稠状浆料，将其反复碾压成厚度均匀薄片，再冲压成直径IOmm左右的电极片，再用lmol/L的硫酸钠溶液进行真空浸泡；将2片复合材料电极片分别做正、负极，中间夹一层玻璃纤维膜做隔膜，以lmol/L硫酸钠溶液做电解液，组装成超级电容器样品。在O. 2A/g20A/g的电流密度和充放电电压范围为OV O. 9V条件下进行充放电循环测试。杂化物的比电容通过公式C = I At/mAV计算,式中,C (F/g)是比电容；I (A)是放电电流；AV (V)是电压；At (s)是放电时间；m (g)是电极上复合物的质量。下面结合实施例对本专利技术作进一步阐述，其仅在于更好理解本专利技术的内容。实施例I(I)在冰浴条件下，将15g高锰酸钾加入到130mL浓硫酸和石墨混合物中，然后升温至37°C反应半本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种制备二氧化锰/碳材料/导电聚合物复合材料的方法，包括如下步骤：（1）由高锰酸钾水溶液和碳材料胶体溶液组成的水相，与由导电聚合物的单体分散在有机溶剂中形成的有机相进行两相界面氧化聚合得到二氧化锰/碳材料/导电聚合物的复合物的步骤；及（2）在有惰性气体存在条件下，将由步骤（1）所得的二氧化锰/碳材料/导电聚合物的复合物经煅烧制得目标物的步骤。
【技术特征摘要】
1.一种制备二氧化锰/碳材料/导电聚合物复合材料的方法，包括如下步骤(1)由高锰酸钾水溶液和碳材料胶体溶液组成的水相，与由导电聚合物的单体分散在有机溶剂中形成的有机相进行两相界面氧化聚合得到二氧化锰/碳材料/导电聚合物的复合物的步骤 '及(2)在有惰性气体存在条件下，将由步骤(I)所得的二氧化锰/碳材料/导电聚合物的复合物经煅烧制得目标物的步骤。2.如权利要求I所述的方法，其特征在于，其中所述碳材料为石墨烯，所述导电聚合物为聚苯胺。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤(O由高锰酸钾水溶液和氧化石墨烯胶体溶液组成的水相，与由苯胺单体分散在有机溶剂中形成的有机相进行两相界面氧化聚合得到二氧化锰/氧化石墨烯/聚苯胺的复合物的步骤；及(2)在有惰性气体存在条件下，将由步骤(I)所得的二氧化锰/氧化石墨烯/聚苯胺的复合物于250°C 500°C煅烧，得到目标物的步骤；其中，所述的氧化石墨烯胶体溶液由主要步骤如下的制备方法制得首先，以石墨微粉为初始原料采用Hummer法获得氧化石墨；然后，将所得到氧化石墨置于去离子水中，控制氧化石墨的浓度为lmg/mL 5mg/mL,并使该体系的pH值为9 10 ; 最后，依次经搅拌及离心步骤，得到氧化石墨烯胶体溶液。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在步骤(I)所述水相中，氧化石墨烯浓度为O.2mg/mL 4mg/mL。5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在步骤(I)所述有机相中，苯胺单体的浓度为 O. 02mol/L O. lmol/L...
【专利技术属性】
技术研发人员：王庚超，王光祥，汤千秋，李星玮，
申请(专利权)人：华东理工大学，
类型：发明
国别省市：
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