[发明专利]一种制备石墨烯/碳纳米管/导电高分子复合材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种常温常压下制备石墨烯/碳纳米管/导电高分子三元复合材料的方法，具体涉及利用氧化石墨烯-氧化碳纳米管和导电高分子单体之间的氧化还原反应制备石墨烯/碳纳米管/导电高分子三元复合材料，主要涉及储能（超级电容器和电池）、电化学传感、电化学催化和微电子方面等技术领域。

背景技术

石墨烯（Graphene）是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料，其由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，是只有一个碳原子厚度的二维材料。石墨烯具有优异的机械性能、导电性能、非常高的比表面积等优点；碳纳米管主要由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管，重量轻，六边形结构连接完美，具有许多异常的力学、电学和化学性能。

导电高分子是由具有共扼π-键的高分子经化学或电化学“掺杂”使其由绝缘体转变为导体的一类高分子材料。

导电高分子材料具有良好的导电性和电化学可逆性，是一种储能器件的理想材料，如采用掺杂后的聚吡咯高分子化合物，电导率高达100 S/cm，频率特征非常出色，尤其在高频区的特性与以前储能器件相比有很大改善。但是高分子在掺杂/脱掺杂过程中可能会发生膨胀和收缩，降低了电容器的循环寿命。另一方面，石墨烯或者碳纳米管具有高的比表面积，优异的电化学性能和机械性能被广泛应用在制备储能器件。因此，如果将导电高分子复合到石墨烯/碳纳米管中制备石墨烯/碳纳米管/高分子复合材料，则可以制备更高性能的储能器件。近年来，石墨烯/导电高分子、碳纳米管/导电高分子二元复合材料被用来制备储能器件已有报道。而关于如何制得石墨烯/碳纳米管/导电高分子复合材料形成三维分级结构，使复合材料兼具有石墨烯和碳纳米管的优点。

发明内容

本发明目的是提供一种常温常压下制备石墨烯/碳纳米管/导电高分子三元复合材料的方法。在常温常压条件下，通过将导电高分子单体与氧化石墨烯/氧化碳纳米管直接氧化还原反应即可制备石墨烯/碳纳米管/导电高分子三元复合材料。

本发明的技术解决方案如下：

(1)将多壁碳纳米管部分氧化后得到的氧化石墨烯-氧化碳纳米管分散到水中形成分散液；

(2)将导电高分子单体加入到水中，配置成单体溶液

(3)将上述单体溶液逐渐加入到氧化石墨烯-氧化碳纳米管的分散液中，常温常压静置或者搅拌下充分发生氧化还原反应，一步法制得石墨烯/碳纳米管/导电高分子三元复合材料。

进一步，所述的氧化石墨烯-氧化碳纳米管分散液的浓度为0.5mg/mL~2mg/mL。

进一步，所述的三元复合材料中的导电高分子单体包括吡咯和苯胺，浓度为0.01-0.2 mol/L。

附图说明

图1 石墨烯/碳纳米管/导电高分子三元复合材料的SEM图像(×10000)

具体实施方式

以下介绍本发明室温下石墨烯/碳纳米管/导电高分子三元复合材料的具体实施方式，但是需要指出，本发明的保护范围并不限于此。

实施例1

取10 mg的氧化石墨烯/碳纳米管，加入到20mL去离子水中，超声40分钟使其分散均匀，然后往溶液中加入吡咯水溶液（2mL吡咯/10mL水），将其密封，室温下避光静置两天时间后，在容器底部生成黑色沉淀，过滤、清洗并干燥后得到石墨烯/碳纳米管/聚吡咯复合材料，其微观形貌如图1所示。

实施例2

取10 mg的氧化石墨烯/碳纳米管，加入到10mL去离子水中，超声40分钟使其分散均匀，然后在搅拌条件下加入苯胺溶液（0.5mL吡咯/10mL水），反应10小时后停止搅拌，在容器底部生成沉淀，过滤、清洗并干燥后得到石墨烯/碳纳米管/聚苯胺复合材料。

实施例3

取15mg的氧化石墨烯/碳纳米管，加入到10mL去离子水中，超声40分钟使其分散均匀，然后在搅拌条件下加入吡咯溶液（0.2mL吡咯/5mL水），反应24小时后停止搅拌，在底部生成黑色沉淀，过滤、清洗并干燥后得到石墨烯/碳纳米管/聚吡咯复合材料。

实施例4

取20mg的氧化石墨烯/碳纳米管，加入到10mL去离子水中，超声40分钟使其分散均匀，然后加入2mL的吡咯单体，静置条件下反应48小时后，在容器底部生成沉淀，过滤、清洗并干燥后得到石墨烯/碳纳米管/聚苯胺复合材料。