[发明专利]石墨烯-聚苯胺复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于无机-有机复合材料技术领域，具体涉及一种导电性的石墨烯-聚苯胺复合材料及其制备方法。

背景技术

随着科学技术的日益发展，人们逐渐从单纯的无机复合物料或有机复合材料转向无机-有机复合材料，因其兼具无机材料和有机材料的双重性能，同时还具有某些独特的复合结构而备受青睐。

例如，英国曼彻斯特大学的安德烈·K·海姆(Andre K.Geim)等在2004年制备出石墨烯材料。由于其独特的结构和光电性质受到了人们广泛的重视。单层石墨由于其大的比表面积、优良的导电导热性能和低的热膨胀系数而被认为是理想的电极材料。但是单一的石墨烯材料作为电极材料，受到了诸多方面的限制，如：石墨烯之间容易聚集，导致了其比表面积的降低，从而大大的降低了其作为电极材料的比容量和电导率，直接影响到其作为电极材料的性能。因此，很多研究致力于将单层石墨与其它材料结合，形成复合材料，以克服以上不足。

目前，石墨烯材料应用最广泛的是作为电极材料，例如用作超级电容器。然而，由于单一的石墨烯材料的上述缺点限制其在电极材料上的应用。聚合物由于具有价廉易得、质量轻、成型加工性好等优点，成为与石墨烯材料复合的研究热点之一。例如，将石墨烯与聚乙烯、聚酰胺或聚氨酯等采用纺丝工艺制备出聚合物复合纤维材料。然而，石墨烯与聚合物复合时，由于聚合物易于团聚，因而，复合材料难以利用单层石墨烯的大比表面积，整个复合材料的比表面积并未获得提高，同时这种复合纤维材料的比容量仍然较低，这些因素直接影响其作为超级电容器等电极材料的应用。

发明内容

有鉴于此，提供一种比表面积大、高导电率、多孔的石墨烯-聚苯胺复合材料，以及一种工艺简单、成本低的石墨烯-聚苯胺复合材料制备方法。

一种石墨烯-聚苯胺复合材料，其包括按照质量分数计的0.01-99.99％石墨烯和0.01-99.99％聚苯胺，所述石墨烯和聚苯胺通过掺杂形成复合结构，所述复合结构具有微米或纳米级的多孔结构。

以及，一种石墨烯-聚苯胺复合材料制备方法，其包括如下步骤：

氧化石墨的还原：在一溶液体系中加入氧化石墨，用还原剂在超声分散状态下还原所述氧化石墨，形成石墨烯溶液；

苯胺聚合：在所述石墨烯溶液中加入苯胺以及双氧水、三氯化铁溶液和盐酸溶液，超声共混形成石墨烯掺杂的聚苯胺；

共沉淀：降低对苯胺聚合的反应体系的超声功率，缓慢沉淀，然后停止超声振荡，静置；

过滤、水洗：将得到的沉淀的上层清液滤出，对滤出沉淀物进行过滤和水洗处理；

活化处理：向得到的滤出物中加入有机溶剂共混，再对共混物进行真空干燥处理，去除滤出物中的残留液体；

陈化：将活化处理的产物置于50-150℃温度氛围中进行陈化处理，形成具有微米或纳米级多孔结构的石墨烯-聚苯胺复合材料，其中所获得的复合材料中包括按照质量分数计的0.01-99.99％石墨烯和0.01-99.99％聚苯胺。

在所述石墨烯-聚苯胺复合材料中，所述石墨烯和聚苯胺通过掺杂形成多孔的复合结构，这种微米或纳米级的多孔结构大大提高了复合材料的比表面积，而且由于石墨烯和聚苯胺都具有高导电率，提高了复合材料的导电率。这样，复合材料兼具高导电率和大的比表面积，当用作电极材料时，将具有较高的比容量。在石墨烯-聚苯胺复合材料制备方法中，通过对氧化石墨烯还原，在还原来的石墨烯溶液中同时进行苯胺聚合，共沉淀形成掺杂的复合物，然后经过滤、洗涤、活化处理、陈化，由于采用了活化处理，得到多孔的结构。该方法通过这些过程即可得到多孔复合材料，使得该制备工艺简单可靠，有效降低工艺成本。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例的石墨烯-聚苯胺复合材料的扫描电子显微镜照片；

图2是本发明实施例的石墨烯-聚苯胺复合材料的制备方法流程图；

图3是本发明实施例的石墨烯-聚苯胺复合材料的制备方法中还原氧化石墨得到的单层石墨的扫描电镜照片；

图4是本发明实施例的石墨烯-聚苯胺复合材料的制备方法中还原氧化石墨得到的单层石墨的拉曼光谱图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例的石墨烯-聚苯胺复合材料包括按照质量分数计的0.01-99.99％石墨烯和0.01-99.99％聚苯胺，石墨烯和聚苯胺通过掺杂形成复合结构，复合结构具有微米或纳米级的多孔结构。