[发明专利]聚苯胺/MnO2复合物修饰三维石墨烯复合材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚苯胺/MnO₂复合物修饰三维石墨烯复合材料及其制备方法和应用，属于复合材料、超级电容器电极材料制备领域。 

背景技术

超级电容器即电化学电容器是一种介于传统电容器和二次电池之间的新型储能器件。与传统电容器相比，电化学电容器具有更高的比容量，可存储的比能量为传统电容器的10-100倍；与电池相比，具有比功率高、能量密度大、充电时间短、放电效率高和循环寿命长等优点。在通讯技术、电动汽车和航空航天国防科技等领域具有极其重要和广阔的应用前景。 

超级电容器的电容性能主要取决于电极材料，目前用于电化学超级电容器的材料主要有三类，各种碳材料；二氧化钌、二氧化锰以及镍的氧化物和氢氧化物等；导电聚合物材料等。但是单一组分的碳材料用作超级电容器的比电容不高，单一组分的金属氧化物用作超级电容器的导电率较低、电化学循环性不理想，单一组分的导电聚合物用作超级电容器的能量密度低、循环稳定性差。为了弥补以上缺陷，急需研究与开发二元或者三元复合材料以提高超级电容器的性能。 

近年来，具有独特物理与化学性质的石墨烯材料引起了科学家们的广泛关注。其中三维石墨烯具有丰富的孔结构特征，比表面积与孔隙率高，密度低，为基体材料提供可复合填充的空间，在超电容、二次电池和新型催化等领域具有潜在应用价值。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种聚苯胺/MnO₂复合物修饰三维石墨烯复合材料及其制备方法和应用，本发明提供的聚苯胺/MnO₂复合物修饰三维石墨烯复合材料所需原料便宜，制备方法简单，比电容高，导电性好，在超级电容器领域具有广阔的应用前景。 

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：聚苯胺/MnO₂复合物修饰三维石墨烯复合材料，其为下述制备方法所得产物，包括以下步骤： 

将锰盐、苯胺单体溶于浓度为0.1-0.5mol/L的稀硫酸溶液中，将三维石墨烯作为工作电极、饱和甘汞电极作为参比电极、铂电极作为对电极置于上述溶液中，利用循环伏安法进行电化学沉积，聚苯胺与MnO₂形成复合物并沉积在三维石墨烯中，即得到聚苯胺/MnO₂复合物修饰三维石墨烯复合材料。 

按上述方案，进行电化学沉积的循环伏安法的扫描电位区间为-0.2-1.2V，扫描速率为20-100mV/s，扫描圈数为10-20圈。 

按上述方案，所述锰盐为MnSO₄或Mn(CH₃COO)₂，浓度为0.1-0.3mol/L。 

按上述方案，所述苯胺浓度为0.05-0.2mol/L。 

所述聚苯胺/MnO₂复合物修饰三维石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤： 

将锰盐、苯胺单体溶于浓度为0.1-0.5mol/L的稀硫酸溶液中，将三维石墨烯作为工作电极、饱和甘汞电极作为参比电极、铂电极作为对电极置于上述溶液中，利用循环伏安法进行电化学沉积，聚苯胺与MnO₂形成复合物并沉积在三维石墨烯中，即得到聚苯胺/MnO₂复合物修饰三维石墨烯复合材料。 

所述的聚苯胺/MnO₂复合物修饰三维石墨烯复合材料作为超级电容器材料的应用。 

本发明有以下显著特点：1）复合材料的原料便宜，复合工艺简便，制备成本低，适合大规模生产；2）通过控制循环伏安法的扫描参数与反应物用量可以控制复合材料组分的配比；3）复合材料将石墨烯、MnO₂和导电聚苯胺复合在一起，充分利用三者的协同作用得到具有高比电容量与稳定电化学性能的三元复合材料。 

具体实施方式

为了更好的理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。 

实施例1： 

1）将0.1mol/L的MnSO₄、0.1mol/L的苯胺单体溶于浓度为0.2mol/L的稀硫酸溶液中，将三维石墨烯作为工作电极、饱和甘汞电极作为参比电极、铂电极作为对电极置于上述溶液中，利用循环伏安法进行电化学沉积，扫描电位区间为-0.2-1.2V，扫描速率为50mV/s，扫描20圈，聚苯胺与MnO₂形成复合物并沉积在三维石墨烯中，即得到聚苯胺/MnO₂复合物修饰三维石墨烯复合材料。