[发明专利]一种石墨烯/金属蒽醌配合物/聚苯胺超级电容器电极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种石墨烯/金属蒽醌配合物/聚苯胺超级电容器电极材料及其制备方法，属于超级电容器电极材料的合成技术领域，该方法主要包括以下步骤：通过化学氧化法得到氧化石墨烯（GO），氧化石墨烯和1,5‑二氨基蒽醌（DAAQ）、七水合硫酸亚铁在N，N‑二甲基甲酰胺（DMF）中通过简单的一步法回流制备还原石墨烯/铁离子蒽醌配合物（rGO‑DAAQ/Fe）；rGO‑DAAQ/Fe与苯胺在稀盐酸中通过原位聚合制得还原石墨烯/铁离子蒽醌配合物/聚苯胺超级电容器电极材料。本发明操作简单，绿色环保，比电容高达612 F g^‑1,循环稳定性良好。

技术领域

本发明属于超级电容器电极材料制备领域，具体涉及一种石墨烯/金属蒽醌配合物/聚苯胺超级电容器电极材料及其制备方法。

背景技术

能源危机是当今社会不可回避的一个永恒话题，随着石油等不可再生化石燃料的储存量越来越少，寻找可再生能源是人类必须面临的一个严峻问题。电能是目前人们生活占很大比重的一种清洁能源，但是常用的电池因为功率密度低，在很多方面不能满足人们的需求，高功率密度、循环稳定性好、充放电速率快的超级电容器应运而生。

超级电容器的电极材料主要分为三类：碳材料（主要是石墨烯，活性炭和碳纳米管）；过渡金属氧化物或氢氧化物（最常用的氧化钌，氢氧化镍，二氧化锰等）；导电聚合物（最具代表的聚苯胺，聚吡咯，聚噻吩）。碳材料因其大的比表面积，储能机理为双电层储能，比电容较小。而过渡金属氧化物或氢氧化物和导电聚合物因为能发生可能的氧化还原反应，它们的储能机理为法拉第储能，即赝电容，虽然这两者的比电容较大，但是循环稳定性差，并且大部分金属价格昂贵，环境相容性差。所以，循环合适的超级电容器材料来实现高的比电容，良好的循环稳定性和环境相容性是目前研究的难点和热点。

发明内容

为了克服上述现有超级电容器电极材料的不足，本发明提供了一种石墨烯/金属蒽醌配合物/聚苯胺超级电容器电极材料及其制备方法。本发明所采用的方法简单，首先通过一步法实现石墨烯的功能化并同时将铁离子配位，再通过简单的原位聚合将聚苯胺氧化聚合上。所用金属离子为铁，相对于其它金属，如铜，镍等，其价格低廉，环境相容性好，且可通过氧化还原反应提供大的比电容，1,5-二氨基蒽醌不仅可以共价接枝在石墨烯上和铁离子配位掺杂，大的片层结构还可以提供一定的双电层电容，聚苯胺导电性较好，还可以提供较大的赝电容，石墨烯作为基体可以使整个体系处于稳定的状态，大大提高了整个材料的稳定性。这种三元复合电极材料利用协同作用可以实现大的比电容和良好的循环稳定性。

本发明的目的具体通过以下技术方案实现。

本发明通过高温回流一步将1,5-二氨基蒽醌接枝在石墨烯上，并同时实现1,5-二氨基蒽醌与铁离子的配位掺杂。将1,5-二氨基蒽醌上未完全反应的氨基与聚苯胺进行共价接枝，使整个石墨烯/金属蒽醌配合物/聚苯胺三元复合材料都处于共价连接中。

一种石墨烯/金属蒽醌配合物/聚苯胺超级电容器电极材料的制备方法，具体包括以下步骤：

（1）还原石墨烯/铁离子蒽醌配合物的制备：将氧化石墨烯分散在N,N-二甲基甲酰胺中，再加入1,5-二氨基蒽醌、七水合硫酸亚铁，超声分散，回流状态下反应，反应完成后洗涤，干燥，得还原石墨烯/铁离子蒽醌配合物。

（2）还原石墨烯/铁离子蒽醌配合物/聚苯胺的制备：将还原石墨烯/铁离子蒽醌配合物超声分散在稀盐酸中，再加入苯胺，超声分散，然后加入溶解在稀盐酸中的过硫酸铵，低温搅拌反应，反应完成后过滤，洗涤，干燥，得还原石墨烯/铁离子蒽醌配合物/聚苯胺三元超级电容器电极材料。

优选的，步骤（1）所述的N-N二甲基甲酰胺不做进一步脱水处理。

优选的，步骤（1）所述超声时间为1 h。

优选的，步骤（1）所述氧化石墨烯与1,5-二氨基蒽醌的质量比为1:3 -4:1，进一步优选为1:1。