[发明专利]一种阳离子化纤维素/石墨烯/聚吡咯导电复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种阳离子化纤维素/石墨烯/聚吡咯导电复合材料及其制备方法和应用；该制备方法，包括：先氧化石墨烯用还原剂将其得到还原氧化石墨烯，随后以细菌纤维素为基质，使用季铵盐型阳离子醚化剂对细菌纤维素进行改性制得阳离子化细菌纤维素分散液，随后将阳离子化纤维素分散液作为分散剂与还原石墨烯复合制得阳离子化纤维素/石墨烯分散液，最后将阳离子化纤维素/石墨烯分散液与吡咯单体及氧化剂均匀混合并反应得到电化学性能优异的阳离子化纤维素/石墨烯/聚吡咯导电复合材料。本发明实现了分散性、体系相容性以及电化学性能的统一，解决了石墨烯易于团聚的问题，制得了电化学性能优异的改性纤维素/石墨烯/聚吡咯导电复合材料。

技术领域

本发明属于防腐涂料制备领域，特别涉及一种阳离子化纤维素/石墨烯/聚吡咯导电复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

超级电容器结合了传统电容器和电池之间的优势，成功地填补传统电容器和电池之间的空白，近几年来“绿色”和可再生电子产品的未来有着广阔的应用前景。细菌纤维素是由微生物分泌合成的一种的环境友好型纳米纤维素材料，它具有纳米级三维网络结构、大比表面积和足够的孔隙率可以良好的电解质吸收性能的优点，使得细菌纤维素成为一种良好的支架，用于制造结构定制的超级电容器混合纳米材料，一般需要引入导电材料来改善电子BC复合电极的转移速率。还原氧化石墨烯纳米片具有很高的比表面积，成本低，具有很高的导电性和丰富的层间结构，常被用作超级电容器电极的活性材料。但是由于石墨烯片之间相互聚集，不可避免的石墨烯纳米片的重新组装也会导致电解质离子扩散困难，在水和有机溶剂中的分散性并不理想，限制了它们的实际应用，电化学性能有待于进一步提高。

改善还原氧化石墨烯分散性主要通过两种方法来实现。一种是对还原氧化石墨烯进行改性，采用酰卤、氨基和异氰酸酯等对氧化石墨烯进行共价改性，再将其还原来制备。在提高石墨烯分散性及与其他材料的相容性的同时，还能赋予石墨烯新的性能。另一种是表面活性剂改性，常见的表面活性剂如十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵等对还原氧化石墨烯表面进行修饰改性。以阳离子化纤维素水溶液作为还原氧化石墨烯纳米片的分散剂，并将其与聚吡咯复合制得阳离子化纤维素/石墨烯/聚吡咯导电复合材料基本未见报道。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种阳离子化纤维素/石墨烯/聚吡咯导电复合材料及其制备方法和应用。本发明实现了分散性、体系相容性以及电化学性能的统一，解决了石墨烯易于团聚的问题，制得了电化学性能优异的改性纤维素/石墨烯/聚吡咯导电复合材料。

为实现上述目的，本发明采用以下技术手段：

一种阳离子化纤维素/石墨烯/聚吡咯导电复合材料的制备方法，包括如下步骤：

先氧化石墨烯用还原剂将其得到还原氧化石墨烯，随后以细菌纤维素为基质，使用季铵盐型阳离子醚化剂对细菌纤维素进行改性制得阳离子化细菌纤维素分散液，随后将阳离子化纤维素分散液作为分散剂与还原石墨烯复合制得阳离子化纤维素/石墨烯分散液，最后将阳离子化纤维素/石墨烯分散液与吡咯单体及氧化剂均匀混合并反应得到电化学性能优异的阳离子化纤维素/石墨烯/聚吡咯导电复合材料。

作为本发明的进一步改进，具体步骤为：

按重量份计，0.1～0.5份经还原剂还原的氧化石墨烯加入到100份无水的有机试剂中并超声分散得到分散液A；

向100份0.4％细菌纤维素溶液中滴加碱性溶液使其pH值调至9～13，向其中加入3.2～9.6份季铵盐型阳离子醚化剂后在70～90℃的反应器中反应得到分散液B；

向12.5份分散液B中加入500份分散液A在室温下搅拌得到混合液C；

在冰浴条件下向40份混合液C中加入0.12～0.36份吡咯单体反应1～5h后滴加0.87～2.61份氧化剂并继续冰浴条件下反应得到混合液D，将混合液D进行抽滤并冷冻干燥得到阳离子化纤维素/石墨烯/聚吡咯导电复合材料；