[发明专利]一种石墨烯/碳纳米管复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种石墨烯/碳纳米管复合材料的制备方法，包括制备改性后的KCNTs‑COOH溶液；制备改性后的KGO溶液；把改性后的KCNTs‑COOH溶液和改性后的KGO溶液混合加入到无水乙醇和去离子水的混合液中，恒温搅拌；在干燥箱中烘干，碾碎；将烘干碾碎的粉末溶于无水乙醇中，在室温下搅拌，用无水乙醇溶液洗涤多次，再用去离子水洗涤多次，得到样品；将样品放入电热恒温鼓风干燥箱中烘干，碾碎，得到石墨烯/碳纳米管复合材料。本发明制备的石墨烯/碳纳米管复合材料，表面被KH550修饰后的氧化石墨烯具有了功能性的基团，改性后的KCNTs‑COOH改性后的KGO键合，形成三维结构的GO/CNTs‑COOH复合材料，稳定性好，导电性能良好，可以用作超级电容器用电极材料。

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种石墨烯/碳纳米管复合材料及其制备方法。

背景技术

石墨烯、碳纳米管分别是优良的二维和一维碳材料在电学和力学等方面有着相似的性质，但由于结构不同它们也有很多不同之处。石墨烯因具有比表面积大、电子导电性高、力学性能好的特点而成为理想的电容材料。但石墨烯的理论容量不高，在石墨烯基电极制备过程中容易发生堆叠现象，导致材料比表面积和离子电导率下降。碳纳米管的曲率半径较小，对其进行纳米活性物质的负载比较困难，限制了其在电子器件方面的应用。为了结合两者的优点，人们将两种材料结合起来制备复合电极材料成为一种有效解决途径。

基于石墨烯/碳纳米管复合材料的双电层电容器已经有了大量的研究。Cheng等(Cheng Qian,Tang Jie,Ma Jun,et al.Graphene and carbon nanotube compositeelectrodes for supercapacitors with ultra-high energy density.Phy Chem,2011,13:17615-17624.)采用简单的搅拌方式合成了石墨烯/单壁碳纳米管复合薄膜，其能量密度为62.8Wh/kg，功率密度为58.5kW/kg。张等(Zhang Dengsong,Yan Tingting,Shi Liyi,et al.Enhanced capacitive deionization performance of graphene/carbonnanotube composites.Mater Chem,2012,22:14696-14704.)通过氧化石墨烯与碳纳米管间的π-π自组装方式成功地将碳纳米管插入石墨烯片层间，防止了石墨烯片层堆叠。这种制备工艺简单、价格低廉，对于环境无污染，但其复合材料结构简单，且形貌单一、可设计性不高，复合材料的电化学性能受到影响。

因此，现有的石墨烯/碳纳米管复合材料中石墨烯与碳纳米管没有实现真正意义上的复合，无法充分发挥石墨烯和碳纳米管材料的各自特点，材料的实际应用受到了限制。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明采用硅烷偶联剂γ―氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)对氧化石墨烯(GO)进行表面改性制备KGO，其次用硅烷偶联剂γ―氨丙基三乙氧基硅烷(KH560)对羧基化碳纳米管(CNTs-COOH)进行表面改性，最后通过改性后的KGO与改性后的KCNTs-COOH进行化学键合建立桥梁，形成具有稳定的三维结构，导电性能优良的GO/CNTs-COOH复合材料。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种石墨烯/碳纳米管复合材料的制备方法，包括有以下步骤：

步骤一、称取一定质量的羧基化碳纳米管(CNTs-COOH)放置于容器中，缓慢加入一定量的第一硅烷偶联剂，超声分散处理30min后得到分散液；

步骤二、将分散液在80℃的温度下在油浴回流装置加热回流24h，并持续搅拌，得到改性后的KCNTs-COOH溶液；

步骤三、称取一定质量的氧化石墨烯(GO)加入无水乙醇，超声分散处理30min；

步骤四、超声结束后加入第二硅烷偶联剂，在80℃下油浴加热回流8h，并持续搅拌，得到改性后的KGO溶液；