[发明专利]一种聚苯胺/二硫化镍/石墨烯纳米纤维复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种聚苯胺/二硫化镍/石墨烯纳米纤维复合材料及其制备方法，属于超级电容器电极材料制备技术领域。所述复合材料是以苯胺为单体，以水热法制备的石墨烯纳米纤维负载二硫化镍为支撑骨架，以过硫酸铵为氧化剂，在超声作用下，经化学氧化反应制备而成。本发明制备的复合材料具有高的比电容和优异的电化学循环稳定性，主要用于制作超级电容器的电极，具有显著的经济价值和社会效益。

技术领域

本发明属于超级电容器电极材料制备技术领域，具体涉及一种聚苯胺/二硫化镍/石墨烯纳米纤维复合材料及其制备方法。

背景技术

聚苯胺作为一种重要的超级电容器电极材料，具有制备简单、结构多样化、电活性优良、价格低廉、化学稳定性优异等优势。但是，聚苯胺比表面积小，致使其比电容较低，并且在充放电过程中，掺杂离子的反复嵌入和脱出引起聚苯胺结构的反复膨胀和收缩，在微观上造成聚苯胺的结构崩塌，导致聚苯胺的比电容迅速衰减，电化学循环稳定性较差。石墨烯纳米纤维是采用化学手段将碳纳米纤维的外层进行部分剥离而制备的一种新型纳米碳材料。石墨烯纳米纤维的外层呈现石墨烯的形貌，内层依然保持碳纳米纤维的状态。将石墨烯纳米纤维和聚合物电极材料进行复合，一方面石墨烯纳米纤维外层的石墨烯可以赋予聚合物电极材料大的比表面积，另一方面内层的碳纳米纤维作为支撑/隔离材料可以有效防止聚合物电极材料在充放电过程中的结构坍塌，因此，石墨烯纳米纤维可以显著提高聚合物电极材料的比电容和电化学循环稳定性。

中国发明专利（CN 110060878A）公开了一种聚苯胺/氧化石墨烯纳米纤维复合材料的制备方法，其复合材料是以苯胺为单体，以氧化石墨烯纳米纤维为支撑骨架，以过硫酸铵为氧化剂，利用化学氧化聚合反应，经钴离子引导苯胺单体在氧化石墨烯纳米纤维上聚合而成。虽然该复合材料中钴离子的引导作用和氧化石墨烯的支撑作用在一定程度上提高了聚苯胺的比电容和电化学循环稳定性，但是，该复合材料中的石墨烯纳米纤维处于氧化状态，石墨烯纳米纤维表面的含氧官能团会影响复合材料的电子传输，在一定程度上限制石墨烯纳米纤维的作用。

发明内容

针对目前聚苯胺存在比电容较低、电化学循环稳定性较差等问题，本发明提供了一种聚苯胺/二硫化镍/石墨烯纳米纤维复合材料及其制备方法，其制备的复合材料具有高的比电容和优异的电化学循环稳定性，主要用于制作超级电容器的电极。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种聚苯胺/二硫化镍/石墨烯纳米纤维复合材料，其是以苯胺为单体，以水热法制备的石墨烯纳米纤维负载二硫化镍为支撑骨架，以过硫酸铵为氧化剂，在超声作用下，经化学氧化反应制备而成；所述复合材料的制备方法具体步骤如下：

（1）石墨烯纳米纤维负载二硫化镍的制备

a）将0.1~0.2 g氧化石墨烯纳米纤维加入到100~200 mL去离子水中，室温下超声30~60 min，制得氧化石墨烯纳米纤维的分散液I；

b）将3~9 g五水合硫代硫酸钠和0.5~2 g六水合氯化镍加入到40~200 mL乙二醇-乙醇混合液（体积比为1:1）中，室温下机械搅拌1~2 h，制得硫代硫酸钠和氯化镍的混合液II；

c）将混合液II加入到分散液I中，室温下机械搅拌1~2 h后，移至内衬为聚四氟乙烯的水热反应釜中，于200~260 ℃反应18~36 h，反应结束后，经离心、去离子水洗涤、60 ℃真空干燥24 h，制得石墨烯纳米纤维负载二硫化镍；

（2）复合材料的制备

d）将0.1~0.2 g石墨烯纳米纤维负载二硫化镍加入到100~200 mL去离子水中，室温下超声30~60 min，制得石墨烯纳米纤维负载二硫化镍的分散液III；

e）将1.5~2.5 g苯胺加入到30~60 mL、1 mol/L的盐酸水溶液中，室温下机械搅拌10~30 min，制得苯胺的盐酸水溶液IV；