[发明专利]复合材料及其制备方法、应用

说明书

本申请涉及一种复合材料及其制备方法、应用，所述复合材料为面‑点‑线三维结构，所述复合材料包括石墨烯、纳米碳氧化物和导电聚合物，所述石墨烯的表面吸附有所述纳米碳基氧化物，所述石墨烯通过纳米碳氧化物连接有所述导电聚合物，所述导电聚合物为纳米线结构。本申请制备的复合材料的结构组成以石墨烯为基底，石墨烯的表面吸附点状的纳米碳基氧化物，以点状纳米碳基氧化物为桥梁或交联剂将导电聚合物纳米纤维和石墨烯连接在一起，最终形成三维结构，纳米碳基氧化物存在石墨烯表面，能够防止石墨烯的回叠，解决了石墨烯与导电聚合物复合难的问题。

技术领域

本申请涉及纳米复合材料技术领域，具体地讲，尤其涉及复合材料及制备方法、应用。

背景技术

石墨烯结构为具有sp²结构的碳原子组成的蜂窝状材料，其自身独特的结构，使其具有优异的物理和化学性质，在导电、导热和高强度复合材料领域得到广泛的应用。石墨烯量子点，碳量子点和石墨炔是碳材料家族中新的成员，由于其特殊的尺寸和结构，使其具有更广阔的应用前景。导电聚合物材料因具有大的共轭π键，具有良好的导电特性而得到广泛研究，如聚苯胺，聚吡咯，聚噻吩等。导电高分子材料具有良好的导电性和电化学可逆性，可用作充电电池的电极材料。利用聚吡咯制作的可充电电池，具有良好的倍率特性，已实现商业应用。

目前石墨烯与导电聚合物复合材料的制备方法主要有两种。(1)常规的石墨烯/导电聚合物复合材料的制备，主要是通过物理混合制备，二者通过范德华力结合，结合力较弱，所制备的复合材料结构多为颗粒状，导电聚合物包覆在石墨烯表面；(2)以氧化石墨烯为原料与导电聚合物进行原位复合技术，可实现导电聚合物在氧化石墨烯表面的生长和原位复合，但复合材料的导电性比较差。

发明内容

本申请为了克服上述缺陷，提供复合材料及其制备方法、应用，本申请制备的复合材料具有良好的导电性和柔韧性，能够解决石墨烯与导电聚合物的复合难问题。

第一方面，本申请提供一种复合材料，所述复合材料为面-点-线三维结构，所述复合材料包括石墨烯、纳米碳氧化物和导电聚合物，所述石墨烯的表面吸附有所述纳米碳基氧化物，所述石墨烯通过纳米碳氧化物连接有所述导电聚合物，所述导电聚合物为纳米线结构。

结合第一方面，所述复合材料包括如下技术特征(1)至(11)中的至少一种：

(1)所述石墨烯、纳米碳基氧化物和导电聚合物的质量比为1：(0.1～0.5)：(0.5～1)；

(2)所述纳米碳基氧化物的含氧量为30％～60％；

(3)所述纳米碳基氧化物的平均粒径为1nm～20nm；

(4)所述纳米碳基氧化物包括氧化石墨烯量子点、氧化碳量子点和氧化石墨炔量子点中的至少一种；

(5)所述纳米碳基氧化物为零维结构；

(6)所述纳米碳基氧化物的表面具有sp²结构；

(7)所述导电聚合物包括聚苯胺、聚吡咯和聚噻吩中的至少一种；

(8)所述复合材料的粉体电导率为100S/cm～1000S/cm；

(9)所述石墨烯的平均粒径为0.1μm～3.0μm；

(10)所述石墨烯的平均厚度小于等于3.5nm；

(11)所述石墨烯的碳含量大于等于98％。

第二方面，本申请提供一种复合材料的制备方法，包括以下步骤：

将纳米碳基氧化物溶液、石墨烯和导电聚合物前驱体搅拌分散形成混合溶液，将所述混合溶液与阴极、阳极和参比电极组成三电极体系；

在第一电位下，将所述混合溶液进行第一电化学反应；