[发明专利]一种高比电容低阻抗石墨烯/碳纳米管复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种高比电容低阻抗石墨烯/碳纳米管复合材料的制备方法，包括如下步骤：(1)将氧化石墨烯溶于溶剂中超声处理20～180min，形成浓度为0.2～2g/L的棕黄色悬浮液；(2)将上述棕黄色悬浮液与还原剂混合后于50～120℃磁力搅拌1～6h；(3)将碳纳米管溶于体积比为2～4∶1的浓硫酸与浓硝酸的混合溶液中超声处理20～180min，然后依次经过滤、洗涤和冷冻干燥后备用；(4)将步骤(2)所得的物料和步骤(3)所得的物料混合后超声分散均匀，放入密闭反应釜中于150～300℃反应时间1～8h，然后冷却至室温，接着依次经过滤、洗涤、干燥和研磨得到纳米级别的所述石墨烯/碳纳米管复合材料。本发明制备的石墨烯/碳纳米管复合材料比电容值可达到200～800F/g，电荷转移电阻5～100Ω。

技术领域

本发明属于石墨烯复合材料技术领域，具体涉及一种高比电容低阻抗石墨烯/碳纳米管复合材料的制备方法。

背景技术

随着社会经济的不断发展，生态环境及能源问题越来越引起人们的关注，超级电容器作为一种新型储能装置，由于其使用寿命长、充电时间短、节约能源和绿色环保等优点受到人们的广泛重视。石墨烯的比表面积较大，导电性较好，是制备超级电容器的理想材料。

石墨烯是一种由碳原子以sp²杂化轨道组成的六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜。碳纳米管具有特殊的准一维中空管状结构，其中的碳原子以sp²杂化。石墨烯和碳纳米管分别是优良的二维和一维碳材料，它们分别体现了二维和一维的各向异性，二者在电性能、热性能和力学性能方面有相似之处。为了结合二者的优点，人们将石墨烯和碳纳米管共同用于复合材料。通过二者的协同效应，复合材料表现出比单一材料更为优异的导电性、导热性、三维空间微孔网格等，使石墨烯/碳纳米管复合物广泛应用于超级电容器、太阳能电池、传感器、锂离子电池等方面。

虽然石墨烯/碳纳米管复合材料具有许多优良性质，但制约其产业化的关键在于工艺复杂、合成产率低、成本高等。目前，制备石墨烯/碳纳米管材料的主要方法有化学气相沉积法、水热法、真空抽滤法等，并在不同的制备条件下，制备出三维石墨烯/碳纳米管材料、类三明治的层状石墨烯/碳纳米管材料、绒毛状石墨烯/碳纳米管材料，并广泛应用在各个领域。

随着技术的不断发展，开发一种反应条件温和、工艺简单、成本低且性能优异的合成方法制备石墨烯/碳纳米管材料显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种高比电容低阻抗石墨烯/碳纳米管复合材料的制备方法。

本发明的技术方案如下：

一种高比电容低阻抗石墨烯/碳纳米管复合材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将氧化石墨烯溶于溶剂中超声处理20～180min，形成浓度为0.2～2g/L的棕黄色悬浮液，上述氧化石墨烯的直径为10～25μm，厚度为0.8～1.2nm；

(2)将上述棕黄色悬浮液与还原剂混合后于50～120℃磁力搅拌1～6h；

(3)将碳纳米管溶于体积比为2～4∶1的浓硫酸与浓硝酸的混合溶液中超声处理20～180min，然后依次经过滤、洗涤和冷冻干燥后备用；

(4)将步骤(2)所得的物料和步骤(3)所得的物料混合后超声分散均匀，放入密闭反应釜中于150～300℃反应时间1～8h，然后冷却至室温，接着依次经过滤、洗涤、干燥和研磨得到纳米级别的所述石墨烯/碳纳米管复合材料，该石墨烯/碳纳米管复合材料的形貌为碳纳米管水平负载在石墨烯片层间或插层穿过石墨烯片，其比电容为200～800F/g，电荷转移电阻5～100Ω。

在本发明的一个优选实施方案中，所述步骤(1)的溶剂包括水和乙二胺。

在本发明的一个优选实施方案中，所述还原剂包括硼氢化钠和乙二胺。