[发明专利]一种三维介孔石墨烯/聚苯胺复合材料的制备方法

说明书

一种三维介孔石墨烯/聚苯胺复合材料的制备方法，涉及一种纳米复合材料的制备方法，包括三维石墨烯的制备：将氧化石墨烯与去离子水混合，超声分散后获得氧化石墨烯分散液；将该氧化石墨烯分散液置于聚四氟乙烯反应釜中水热反应得到三维石墨烯；三维介孔石墨烯的制备：将三维石墨烯浸泡于碱性溶液中，经真空冷冻干燥后，在氮气或氩气气氛下活化反应，经酸洗和去离子水洗涤干燥得到三维介孔石墨烯；三维介孔石墨烯/聚苯胺复合材料的制备：将三维介孔石墨烯分散于酸性溶液中，并加入苯胺和过硫酸铵，在冰盐浴条件下，原位聚合得到三维介孔石墨烯/聚苯胺复合材料。该材料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的制备方法，特别是涉及一种三维介孔石墨烯/聚苯胺复合材料的制备方法。

背景技术

石墨烯的团聚和堆叠一直影响其在电容器方面的应用，不少研究人员制备了具有大的比表面积和多孔结构的三维石墨烯，并将三维石墨烯与聚苯胺进行复合，形成泡沫状、纳米薄膜和网状结构等来提高石墨烯在储能方面的应用。三维石墨烯/聚苯胺复合材料制备方法不同，得到的复合材料结构和性能也存在差异。目前，制备的方法主要有原位聚合法、电化学聚合法和自组装法等。原位聚合法是将石墨烯均匀的分散到苯胺溶液中，使二者发生聚合反应，在石墨烯表面覆着聚苯胺，使石墨烯的结构不发生变化。目前制备复合材料大多采用原位聚合法，是比较成熟的制备方法。

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。

唐伟（唐伟, 三维石墨烯/聚苯胺复合材料的制备及其电化学性能的研究[D].南京:南京邮电大学. 2015）以碳酸钙为模板制备的三维石墨烯/聚苯胺复合材料，具有相互贯通的孔结构，在低电压条件下循环稳定性高。许健君（许健君.石墨烯与聚苯胺复合海绵制备及性能研究[D].哈尔滨:哈尔滨理工大学. 2015）采用原位聚合及冷冻干燥法制备出的石墨烯/聚苯胺复合海绵的比电容高并具有三维多孔网状结构，随着聚苯胺含量的增加，复合材料的比电容也逐渐增大，最高可达到487 F/g，可应用于超级电容器领域。罗健萍等人（罗健萍等. 高分子材料科学与工程, 2017, 33(03):84-88）也采用原位聚合及冷冻干燥法合成了三维多孔结构石墨烯/聚苯胺复合材料，在电流密度为0.5 A/g时，复合材料的比电容为321.91 F/g，比还原前高出81.53 F/g。

上述已公开的方法制备出的三维多孔石墨烯/聚苯胺复合材料多为大孔结构，复合材料的比表面积和孔容提高有限，目前尚未有采用水热还原结合碱活化的方法制备三维介孔石墨烯再将其与苯胺原位聚合制备三维介孔石墨烯/聚苯胺复合材料的相关报道。此外，本申请提出的碱浸泡后真空冷冻干燥的方法有效提高了碱在三维石墨烯基体上的均匀分布，确保了三维石墨烯整体刻蚀得非常均匀。

发明内容

本发明的目的在于提供一种三维介孔石墨烯/聚苯胺复合材料的制备方法，本发明制备三维介孔石墨烯并使苯胺在三维介孔石墨烯上原位聚合成聚苯胺，制备方法简单，得到的复合材料电化学性能良好。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种三维介孔石墨烯/聚苯胺复合材料的制备方法，所述方法包括以下制备步骤：

a. 三维石墨烯的制备：将氧化石墨烯与去离子水混合，超声分散后获得氧化石墨烯分散液；将该氧化石墨烯分散液置于聚四氟乙烯反应釜中水热反应一段时间，冷却后真空抽滤，用去离子水反复洗涤，之后真空冷冻干燥，得到三维石墨烯；