[发明专利]一种离子液体功能化石墨烯/导电聚苯胺纳米线复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及新型能源材料制备技术领域，特别涉及一种离子液体功能化石 墨烯/导电聚苯胺纳米线复合材料的制备方法。

背景技术

超级电容器是介于传统电容器和二次电池之间的一种新型的电化学储能 装置，具有较高的功率密度和长循环寿命，在航空航天、电子设备、移动通讯、 交通运输、军事应用等领域具有广泛的应用；电极材料是决定超级电容器电化 学性能的关键因素，研究与开发新颖的电极材料是提高超级电容器性能的重要 途径。聚苯胺作为一种典型的π共轭导电高分子材料，具有原料价廉易得、 合成简便、环境及化学稳定性好、较高的电导率等优点，在超级电容器、传感 器、催化剂、电致变色材料等方面有着广阔的应用前景；导电聚苯胺是通过电 极表面或体相中发生快速可逆的氧化还原反应储存高密度电荷，具有较高的法 拉第赝电容，但是电子转移动力学性能较差、循环寿命短；这主要是因为聚合 物骨架中的氧化还原活性位在反复多次的氧化还原过程中不是非常的稳定。石 墨烯是由单层碳原子紧密堆积成二维蜂窝状晶格结构的一种碳质新材料，具有 优异的化学稳定性、大的比表面积和较宽的电化学窗口。虽然单层石墨烯具有 超大的极限比表面积，但是石墨烯在制备过程中由于片与片之间具有较强的范 德华力，容易发生片层的团聚和堆积，降低石墨烯的比电容，限制了其作为超 级电容器电极材料的应用；通过对石墨烯表面功能化改性可以降低石墨烯片层 聚集。一维纳米材料如纳米管、纳米线、纳米纤维等除了具有其他纳米结构的 高比表面积的特点之外，还具有高长径比及优良导电性能，因而在超级电容器 的电极材料研究领域具有重要的研究价值；将功能化改性的石墨烯与导电聚苯 胺纳米线复合构筑石墨烯/导电聚苯胺纳米线复合材料，不仅可以提高聚苯胺 的电化学稳定性，同时能显著提升复合材料作为超级电容器电极材料的比电 容。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种离子液体功能化石墨烯/导电聚苯胺 纳米线复合材料的制备方法。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种离子液体功能化石墨烯/导电聚苯胺纳米线复合材料的制备方法，所 述制备方法的步骤如下：

(1)利用化学氧化法制备氧化石墨，通过超声波处理将氧化石墨分散在 有机溶剂中获得氧化石墨烯悬浮液，向氧化石墨烯悬浮液中加入咪唑类离子液 体，在室温下搅拌5小时，然后静置24小时倒出上层氧化石墨烯悬浮液；

(2)向所得氧化石墨烯悬浮液中加入氢氧化钾，并在90-95℃搅拌10小 时，经过离心分离、无水乙醇和去离子水多次洗涤，然后进行冷冻干燥处理， 最后得到离子液体功能化的石墨烯；

(3)将离子液体功能化石墨烯超声分散在去离子水中，经过离心分离获 得上层稳定的石墨烯悬浮液，质量浓度为0.09-3.1mg/mL；

(4)向石墨烯悬浮液中加入苯胺，摩尔浓度为0.05-0.5mol/L，在0-5℃ 下搅拌混合均匀；

(5)配置无机酸，摩尔浓度为2mol/L，向其中加入过硫酸铵，摩尔浓度 为0.013-0.125mol/L，将该混合溶液迅速加入至步骤(4)所得溶液中，然后 在0-5℃下搅拌12小时，所得产物经抽滤、无水乙醇和去离子水多次洗涤后， 在60℃、真空环境下干燥处理8小时得到离子液体功能化石墨烯、导电聚苯胺 纳米线复合材料。

优选的，所述有机溶剂为N、N-二甲基甲酰胺、乙醇、乙二醇中的任意一 种。

优选的，所述无机酸为高氯酸、盐酸、硫酸中的任意一种。

优选的，所述咪唑类离子液体为1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体、 1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体、1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐离 子液体、1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体中的任意一种。

通过上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明通过咪唑类离子液体对石墨烯进行功能化改性，利用化学氧化法在 离子液体功能化石墨烯悬浮液中原位聚合苯胺制备石墨烯/导电聚苯胺纳米线 复合材料，在石墨烯表面引入导电聚苯胺纳米线；利用石墨烯大的比表面积、 优异的导电性及化学稳定性等优点，提升纳米复合材料的电学性质和稳定性， 不仅能显著提高纳米复合材料作为超级电容器电极材料的充放电循环稳定性 和比电容，还可以降低超级电容器的内阻和溶液电阻。