[发明专利]一种1-氨基蒽醌改性还原氧化石墨烯复合材料的制备及应用

说明书

本发明公开了一种1‑氨基蒽醌改性还原氧化石墨烯复合材料的制备方法，通过非共价功能化策略以还原氧化石墨烯为导电基底，选择可逆电化学活性蒽醌及其衍生物，采用水热/溶剂热自组装的方法，将其固定在还原氧化石墨烯表面，制备了有机分子非共价功能化石墨烯复合电极材料，并研究其实际的储能性能，以1‑氨基蒽醌与还原氧化石墨烯通过非共价π‑π作用，制得的复合电极材料1‑AAQ‑rGO。该复合电极材料具有良好的倍率性能和循环稳定性，另外，将1‑AAQ‑rGO与BDTD‑rGO组成非对称超级电容器（1‑AAQ‑rGO//BDTD‑rGO）具有优异的储能性能。

技术领域

本发明涉及一种1-氨基蒽醌改性还原氧化石墨烯复合材料的制备方法，主要作为负极材料用于制备超级电容器，属于复合材料技术领域和电化学技术领域。

背景技术

为了提供比电池更高的能量密度，超级电容器（SCs）已成为过去几年内科研和工业研究的重点领域之一。继而开发环境友好、价格低廉和持久耐用的高功率、高能量密度的新型电极材料是提高SCs储能特性的迫切需要。碳基材料石墨烯（二维蜂窝结构）是由sp²杂化碳原子构成的一个原子层厚度的平面薄片，具有良好的导电性、高比表面积和双电层电容特性。大规模生产石墨烯的最简单且廉价的方法是化学氧化还原法。然而，该方法造成了石墨烯片层间强烈的π-π堆积和相互作用。为了抑制堆叠和改善石墨烯的赝电容性能，研究人员将导电聚合物、表面修饰剂、共轭聚合物和过渡金属氧化物等掺入石墨烯。通过共价和非共价功能化方法以及合适的表面修饰剂将氧化石墨（GO）转化为功能化石墨烯，已被证明是调整石墨烯结构和形貌的有效方法，用于制备SCs中的高性能电极材料。

作为新型电极材料之一的电化学活性有机分子，以其优异的电化学性能、资源可持续性、环境友好性、结构多样性等特点在电化学储能装置中显示出巨大的潜力。但是，有机分子导电性差，使得其必须借助导电基底来实现其储能性能的发挥。

电化学活性有机小分子氨基醌类衍生物，对碳基材料的修饰（如Black Pearls2000，活性炭，碳纳米管和石墨烯等），大多采用重氮化反应，诱导电活性醌类分子合成改性碳材料。这种共价功能化在石墨烯纳米片和有机分子之间产生强键，碳键合位点从sp²变为sp³，这种连接导致石墨烯里碳原子中的p电子被移除，载流子密度降低，石墨烯的电导率降低，但是，非共价功能化对石墨烯π-π键合体系的影响不大。

发明内容

本发明的目的是提供一种1-氨基蒽醌改性还原氧化石墨烯复合材料的制备方法；

本发明的另一目的是对上述制备的1-氨基蒽醌改性还原氧化石墨烯复合材料的结构和电化学性能进行研究，用于超级电容器负极材料的制备。

通过非共价功能化，将双电层材料（石墨烯）和赝电容材料（氨基醌类有机分子）进行有效复合，利用两者的正协同作用，是提高石墨烯材料电荷储存能力的有效方法。另外，通过绿色简便的溶剂热法制备的氨基醌类石墨烯复合材料具有自支撑3D多孔结构，能创造不同尺寸的新孔隙，能缓解石墨烯聚集和再堆叠，以及增强离子电子传输能力，改善超级电容器的电化学性能。因此，石墨烯的非共价功能化在降低有机分子与导电基底间的电荷传递阻力和维持材料导电性方面具有明显的优势。

一、1-氨基蒽醌改性还原氧化石墨烯复合材料的制备