[发明专利]一种氧化石墨/聚苯胺/空心管状二氧化锰复合材料及其合成方法

说明书

本发明公开了一种氧化石墨/聚苯胺/空心管状二氧化锰复合材料及其合成方法，其是在片状氧化石墨的表面生长有一层聚苯胺，在聚苯胺的表面生长有空心管状的二氧化锰。本发明的方法简单，所得产物形貌均匀，结合了氧化石墨、聚苯胺和二氧化锰三者的优势，作为超级电容器的电极材料时具有更好的性能。

技术领域

本发明涉及超级电容器领域和纳米材料合成领域，具体涉及一种氧化石墨/聚苯胺/空心管状二氧化锰复合材料及其合成方法。

背景技术

超级电容器作为一种兼有传统电容器与二次电池优点的新型储能器件，能提供高于传统电容器的能量密度，以及相较于二次电池更加优异的功率密度和循环寿命，有望广泛应用在能量转化、航天系统、通讯工程以及微电子器件等领域。从能量存储机理来看，超级电容器主要有：以碳相关材料做电极，依靠在电极/电解液表面的电荷分离来存储能量的双电层电容器；以聚合物、金属氧化物做电极，依靠电极在电解液中的法拉第反应来存储能量的赝电容器。在聚合物中，聚苯胺(PANI)、聚吡咯(PPy)、聚噻吩(PTH)及其衍生物是用于超级电容器的三类主要导电聚合物。其中，聚苯胺(PANI)作为一种多功能导电高分子材料，以合成方法简单、原料价廉易得、良好的化学稳定性和热稳定性、较高的电导率及良好的电化学性能等优点而被广泛的用于超级电容器的电极材料。

碳材料，如活性炭、介孔碳、碳纳米管以及氧化石墨烯(GO)等，有着优良的稳定性。近年来，利用PANI与碳材料复合来改善导电聚合物电极材料电容性能的研究颇为引人注目。GO是石墨烯的重要衍生物，表面含有大量功能性基团，如羟基、羧基、环氧基、羰基等。这些含氧基团的接入赋予GO一些独特性质，如分散性、亲水性与优异的复合性能，使其成为一种潜在的制备复合薄膜的良好材料。此外，GO还具有比表面积大、机械性能优异等特性。GO在水以及极性有机溶剂中具有较好的溶解性，并且可在聚合物基体中形成纳米级分散。GO制备过程简单、原料石墨价廉易得，使其更适宜作为超级电容器的电极材料。

在过渡金属氧化物中，二氧化锰最适合作为超级电容器的电极材料，因为它价格低廉，自然界存储丰富，不会对环境造成污染，且具有很高的理论比电容。但由于较差的导电性以及形貌上的固有缺陷限制了其在超级电容器上的应用。若能将二氧化锰与其他材料组合起来，利用各自的优点，并注意其整体的形貌，作为超级电容器的电极时有望可以最大限度的提高整体的比电容，因此，具有很大的研究价值。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的问题，提供一种氧化石墨/聚苯胺/空心管状二氧化锰复合材料及其合成方法，以期可以将氧化石墨、聚苯胺及二氧化锰结合起来，利用各自的优点，作为超级电容器的电极材料，提高其性能。

本发明解决技术问题，采用如下技术方案：

本发明氧化石墨/聚苯胺/空心管状二氧化锰复合材料的合成方法，包括如下步骤：

(1)将氧化石墨与聚苯乙烯磺酸钠分散在去离子水中并进行细胞粉碎超声处理，然后离心去除固态不溶物，获得均匀分散液；

(2)将苯胺单体均匀溶于氯仿中，获得苯胺溶液；

(3)将过硫酸铵溶于稀盐酸中，然后倒入步骤(1)所得分散液中，搅拌均匀，得反应液；

(4)将步骤(2)所得苯胺溶液倒入步骤(3)所得反应液中，缓慢搅拌，使苯胺在氧化石墨表面进行聚合反应，然后离心分离，获得氧化石墨/聚苯胺复合材料；

(5)将氧化石墨/聚苯胺复合材料加入到去离子水中，超声分散均匀，加入醋酸锰并继续超声至分散均匀，然后搅拌10～12h，得混合液；

(6)将高锰酸钾溶于去离子水中，然后逐滴加入到步骤(5)所得混合液中，不间断搅拌20～24小时，所得产物离心分离、清洗，即获得氧化石墨/聚苯胺/空心管状二氧化锰复合材料。