[发明专利]一种三维多孔石墨烯/聚苯胺复合材料的制备方法

说明书

一种三维多孔石墨烯/聚苯胺复合材料的制备方法，涉及一种纳米复合材料制备方法，包括含插层剂的石墨烯的制备：将氧化石墨烯与强碱弱酸盐溶液充分混合均匀；1,2,4‑三氨基苯二盐酸盐溶于盐酸溶液中，再将盐酸溶液加入到氧化石墨烯/碳酸钠混合溶液中，获得含有插层剂的石墨烯；三维多孔石墨烯的制备：将含插层剂的石墨烯浸泡于氢氧化钾溶液中，反应产物经酸洗和去离子水洗涤干燥得到三维多孔石墨烯；三维多孔石墨烯/聚苯胺复合材料的制备：将三维多孔石墨烯分散于酸性溶液中，并加入苯胺和过硫酸铵，原位聚合得到三维多孔石墨烯/聚苯胺复合材料。该复合材料电化学性能良好，可应用于超级电容器电极材料、储能材料及导热材料等领域。

技术领域

本发明涉及一种纳米复合材料制备方法，特别是涉及一种三维多孔石墨烯/聚苯胺复合材料的制备方法。

背景技术

随着能源短缺日益严峻，高效储能技术作为支撑可再生能源发展的关键战略性技术，成为研究热点。其中，超级电容器作为一种新型储能装置备受关注，而电极材料是超级电容器制备技术的关键，是制约超电容实际应用的一大瓶颈。目前，大部分的超电器件主要是基于双电层储能机理的廉价碳材料，实现高能量密度的可能性很小。单一材料的电化学性能已经无法满足当今社会对超级电容器的要求，研究对象由单纯的无机复合材料或有机复合材料转向无机-有机复合材料。

二维石墨烯优异的物理化学性质为其在超级电容器的应用奠定了坚实的基础。然而，由于石墨烯之间强 π-π 键的相互作用使其容易发生聚集，导致石墨烯的实际性能远低于预期值。为解决这一问题，可以通过增加间隔或是片层褶皱或是制备三维的石墨烯泡沫、海绵、水凝胶、气凝胶等来保留二维石墨烯优良的物理化学性质，又能避免团聚现象的产生。导电聚苯胺具有较高的能量密度，良好的热稳定性和化学稳定性，且合成工艺简单，在储能领域有着广阔的应用前景。但在长期的循环使用中，离子掺杂与去掺杂会引起体积膨胀与收缩，导致性能下降，严重限制了其应用。将三维石墨烯与聚苯胺复合，一方面可以发挥二者的协同作用，另一方面又可以克服聚苯胺在结构上的缺陷，复合材料在导电性、稳定性和电化学性能方面得以提高，逐渐被证明是一种十分具有应用价值的途径。

公告号为CN105504277A的中国专利申请“一种高度有序多孔的石墨烯/聚苯胺复合材料及其制备方法”通过引入表面活性剂作为软模板使石墨烯基体形成了有序的多孔结构，1A/g时，比电容达到485 F/g。公告号为CN104559176A的中国专利申请“一种三维还原氧化石墨烯/聚苯胺复合材料的制备方法”通过将氧化石墨烯与聚苯胺原位复合再经水热还原获得三维多孔石墨烯/聚苯胺复合材料。公告号为CN105254877A的中国专利申请“一种三维石墨烯/聚苯胺复合材料的制备方法”是通过聚糠醇模板构建石墨烯的三维结构，再通过水热法制备出三维多孔石墨烯/聚苯胺复合材料。公告号为CN104558597A的中国专利申请“多孔石墨烯/聚苯胺复合材料的制备方法”是通过在氧化石墨烯溶液中引入碳酸盐沉淀，在碱性条件下经化学水热还原及去碳酸盐后，原位聚合获得多孔石墨烯/聚苯胺复合材料。