[发明专利]一种氧化石墨烯/聚噻吩衍生物复合材料、其制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及电化学材料领域，尤其涉及一种氧化石墨烯/聚噻吩衍生物复合材料、其制备方法和应用。

背景技术

自从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。石墨烯被喻为材料科学与凝聚态物理领域正在升起的“新星”，它所具有的许多新颖而独特的性质与潜在的应用正吸引了诸多科技工作者。单层石墨烯具有大的比表面积，优良的导电、导热性能和低的热膨胀系数。如：1.高强度，杨氏摩尔量，(1,100GPa)，断裂强度：(125GPa)；2.高热导率，(5,000W/mK)；3.高导电性、载流子传输率，(200,000cm²/V*s)；4.高的比表面积，(理论计算值：2,630m²/g)。尤其是其高导电性质，大的比表面性质和其单分子层二维的纳米尺度的结构性质，可在超级电容器和锂离子电池中用作电极材料。

另外，杨全红等在真空度0.01Pa～10kPa下，将氧化石墨以5～50℃/min的升温速率升温到150～600℃进行高真空热处理，维持恒温0.5～20h，氧化石墨体积迅速膨胀，得到比表面积200～800m²/g，电化学比容量50～200F/g的氧化石墨烯材料(杨全红等，CN101367516A，高电化学容量氧化石墨烯及其低温制备方法和应用)。但氧化石墨中由于含有-C-OH、-C-O-C，甚至-COOH等基团，破坏了石墨本身的共轭体系，从而表现出电导率较低，限制了其在大电流充放电方面应用。

导电聚合物聚噻吩(PTh)，有良好的光电性能，与其它共轭高分子如聚苯胺(PANI)、聚吡咯(PPY)等相比有更好的化学稳定性。尤其是其衍生物聚(3，4-乙撑二氧噻吩)(PEDOT)具有易制备、电化学活性高，良好的导电性和环境稳定性，掺杂后相对高比容量等优点，在超级电容器和锂离子电极材料方面有较大的应用。但是它也和其他导电聚合物一样，不可避免地存在骨架结构易破坏，容量衰减非常明显的情况。

发明内容

本发明的目的在于提供一种放电性能好、循环寿命和热稳定性能高的氧化石墨烯/聚噻吩衍生物复合材料。

本发明的氧化石墨烯/聚噻吩衍生物复合材料，是由如下工艺步骤制得：

步骤S1、将氧化石墨加入水中，超声分散，得到单片层的氧化石墨烯溶液；

步骤S2、向步骤S1中的氧化石墨烯溶液中加入噻吩衍生物单体(EDOT)，超声分散0.5～1h后，得到混合溶液；其中，噻吩衍生物单体与氧化石墨的质量比为0.5～1∶1；

步骤S3、向步骤S2中的混合溶液加入盐酸，调节混合溶液的PH值至2～3之间，然后加入过硫酸铵和硫酸铁，搅拌20～24h，接着水洗、过滤，得到所述氧化石墨烯/聚噻吩衍生物复合材料；其中，过硫酸铵的添加质量数为氧化石墨的1.4～2.8倍，硫酸铁的添加质量数为氧化石墨的2.4～4.8倍。

上述制备方法中，步骤S1中，所述氧化石墨是采用如下步骤制得：

将500目的石墨粉加入到0℃的浓硫酸中，再加入高锰酸钾(石墨粉与高锰酸钾的质量比为1∶3)，并于0～10℃下保温搅拌2h，然后于室温下水浴搅拌24h，接着缓慢加入去离子水，随后加入浓度为30wt％的双氧水溶液，接着进行抽滤、洗涤、再抽滤以及干燥处理，即得到氧化石墨烯；其中，洗涤过程的洗涤液采用质量百分比浓度为10％的盐酸。

本发明制得的氧化石墨烯/聚噻吩衍生物复合材料，由于其具有高导电性，因此可以被用作超级电容器或锂离子电极材料。

本发明制得氧化石墨烯/聚噻吩衍生物复合材料，将氧化石墨烯与噻吩衍生物单体原位聚合成氧化石墨烯与聚噻吩衍生物(PEDOT)的复合材料，可以提高氧化石墨烯的电导率、提高PEDOT的放电性能、循环寿命和热稳定性能。

附图说明

图1为本发明石墨烯/聚噻吩衍生物复合材料制备工艺流程图。

具体实施方式