[发明专利]一种薄纱状石墨烯/聚苯胺超级电容器电极材料的制备方法

说明书

本发明属于储能器件电极材料技术领域，公开了一种薄纱状石墨烯/聚苯胺(rGO/PANI)超级电容器电极材料的制备方法。本发明通过KMnOsubgt;4/subgt;与C的氧化还原反应在rGO片层上生长薄层MnOsubgt;2/subgt;，再以MnOsubgt;2/subgt;为模板剂兼氧化剂，随着氧化还原反应的进行，MnOsubgt;2/subgt;在引发苯胺氧化聚合的同时，生成可溶的Mnsupgt;2+/supgt;并被消耗掉，从而使PANI复制了MnOsubgt;2/subgt;模板形貌，在rGO片层生成薄层形成薄纱状rGO/PANI复合材料。与PANI相比，本发明制备的薄纱状rGO/PANI复合电极材料倍率性能和循环稳定性优异，可在超级电容器电极材料领域得到应用推广。

技术领域

本发明属于储能器件电极材料技术领域，具体而言，涉及一种薄纱状石墨烯/聚苯胺(rGO/PANI)超级电容器电极材料的制备方法。

背景技术

PANI是一种被广泛研究的超级电容器电极材料，具有高掺杂能力、良好的导电性、高的理论比容量及环境稳定性好等优势，但由于PANI是典型的赝电容电极材料，通过聚合物链的氧化还原反应来储存和释放电荷，其在大电流密度下的电容衰减快，并且在连续充放电过程中，离子的嵌入/脱出造成PANI体积变化，从而导致PANI电容性质不断退化。研究者采用许多有效措施来改善PANI电极材料的电容性质，其中将PANI与石墨烯(rGO)进行复合是一种十分有效的方法。

目前，大多数文献和专利报道的rGO/PANI复合材料在制备时常采用(NH₄)₂S₂O₈作为氧化剂氧化聚合苯胺，制备生成的rGO/PANI复合材料片层较厚，PANI以毛刺状形貌垂直生长在rGO基体上或以纤维状等形貌和rGO形成复合材料。(ACS Nano,2012,6,1715–1723.Journal of Physical Chemistry C,2012,116,5420-5426.Electrochimica Acta,2017,228,290–298.Journal of Physics and Chemistry of Solids,2022,165,110673–10689.专利CN 105694031 A)，虽然这些复合材料的电容性质有所改善，但离实际应用还有一定差距。

事实上，电极材料的电容性质与其纳米结构息息相关，因此，设计制备纳米结构合理的rGO/PANI复合电极材料用于改善其电容性质十分有意义。

发明内容

鉴于现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种倍率性能和循环稳定性优异的薄纱状石墨烯/聚苯胺(rGO/PANI)超级电容器电极材料的制备方法。

为了实现上述技术目的，本发明人选取模板剂MnO₂进行苯胺单体的氧化，MnO₂对环境友好，制备原料易得，在酸性条件下是强氧化剂，其还原电位(1.23Vvs.NHE)高于苯胺单体的氧化聚合电位(0.55 V vs.NHE)，可作为氧化苯胺单体的固体氧化剂。本发明的整体构思是：通过KMnO₄与C的氧化还原反应在rGO片层上生长薄层MnO₂，再以MnO₂为模板剂兼氧化剂，随着氧化还原反应的进行，MnO₂在引发苯胺氧化聚合的同时，生成可溶的Mn²⁺并被消耗掉，从而使PANI复制了MnO₂模板形貌，在rGO片层生成薄层形成薄纱状rGO/PANI复合材料。

具体地，本发明的目的是按照如下技术方案实现的：

一种薄纱状rGO/PANI超级电容器电极材料的制备方法，该方法包括如下步骤：