本發明專利技術公開了一種磺化氧化石墨烯/二氧化錳/聚吡咯復合材料的制備方法。以水熱法在氧化石墨烯片層間沉積二氧化錳顆粒，制備三維氧化石墨烯/二氧化錳復合物膠體，并用氨基苯磺酸對制備的膠體進行磺化，然后采用界面聚合法在磺化的三維氧化石墨烯/二氧化錳復合物上面包覆聚吡咯制備磺化氧化石墨烯/二氧化錳/聚吡咯三維多孔網狀復合材料。本發明專利技術方法制備過程簡單、綠色環保、可靠，所制得的磺化氧化石墨烯/二氧化錳/聚吡咯復合材料為三維多孔網狀，具有規整的空間結構、高能量密度和功率密度、優秀的循環性能，是一種理想的超級電容器電極材料，尤其適合工業化推廣生產。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于新型能源材料
，特別涉及一種以水熱法和氧化聚合法制備超級電容器用磺化氧化石墨烯/二氧化錳/聚吡咯復合材料的方法。
技術介紹
超級電容器由于具有高能量密度和功率密度以及優秀的循環性能等而作為快速和高功率能量儲存系統領域的首要選擇。超級電容器中的電極材料對超級電容器的性能起到至關重要的作用，因此，實現超級電容器廣泛應用的重中之重是制備和開發高性能的電極材料。導電聚合物、過渡金屬氧化物和碳材料是超級電容器電極材料常用的三種材料。利用這三種材料的優勢特征而克服單一材料存在的不足制備復合電極材料是目前超級電容器電極材料研究的熱點之一。Sivakkumar等采用原位化學法合成碳納米管/聚吡咯/二氧化錳三元復合材料，該材料具有優秀的循環性能（S.R.Sivakkumar,etal.PerformanceevaluationofCNT/polypyrrole/MnO2compositeelectrodesforelectrochemicalcapacitors[J].Electrochim.Acta,2007,52(25):7377-7385)。Wang等用原位界面氧化還原法制備了層狀二氧化錳/導電聚吡咯包覆碳纖維復合材料，由于該材料中電子導電和組分之間完整的結構而具有良好的倍率性能和穩定的循環性能（J.G.Wang,etal.RationalsynthesisofMnO2/conductingpolypyrrole@carbonnanofibertriaxialnano-cablesforhigh-performancesupercapacitors[J].J.Mater.Chem.,2012,22(33):16943-16949.）。Tao等采用原位生長法合成的聚吡咯-二氧化錳-碳纖維復合材料在能源領域具有重要的應用前景，為下一代能源儲存器件的設計提供了一種新的方法（J.Tao,etal.Supercapacitorsbasedonpolypyrrole-MnO2-carbonfiberhybridstructure[J].Nature,2013,3(2286):1-7.）。Li等研究發現合成的比碳納米管-二氧化錳-聚吡咯復合材料具有更高的比電容，為研究聚吡咯-碳復合材料的結構與性能之間的關系提供了重要的實驗依據（P.Li,etal.Core-double-shell,carbonnanotube@polypyrrole@MnO2spongeasfreestanding,compressiblesupercapacitorelectrode[J]ACSAppl.Mater.Interfaces,2014,6(7):5228-5234.）。因此采用簡單的合成技術制備高性能超級電容器電極材料對于其在電化學儲能領域的應用具有重大的意義。本專利技術以三維氧化石墨烯、硫酸錳和高錳酸鉀為原料，采用水熱法制備三維氧化石墨烯/二氧化錳復合物膠體，然后用氨基苯磺酸對制備的三維氧化石墨烯/二氧化錳復合物膠體進行磺化即可得到磺化三維氧化石墨烯/二氧化錳復合物。最后采用界面聚合法在磺化三維氧化石墨烯/二氧化錳復合物上面包覆聚吡咯顆粒制備磺化氧化石墨烯/二氧化錳/聚吡咯三維多孔網狀復合材料。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種磺化氧化石墨烯/二氧化錳/聚吡咯復合材料的制備方法。本專利技術思路：以水熱法在氧化石墨烯片層間沉積二氧化錳顆粒，制備三維氧化石墨烯/二氧化錳復合物膠體，并用氨基苯磺酸對制備的膠體進行磺化，然后采用界面聚合法在磺化的三維氧化石墨烯/二氧化錳復合物上面包覆聚吡咯制備磺化氧化石墨烯/二氧化錳/聚吡咯三維多孔網狀復合材料。具體步驟為：(1)將0.5g氧化石墨烯溶解于100mL去離子水中，超聲30min，再加入KMnO4溶液和MnSO4溶液，超聲處理5min后轉移至高壓反應釜中，185℃反應8h，自然冷卻至室溫后，用去離子水清洗收集物至中性，即得到氧化石墨烯/MnO2膠體；所述KMnO4與MnSO4的物質的量之比為2:1；所制得的氧化石墨烯/MnO2膠體中MnO2與氧化石墨烯的質量比為0.1~2:1。(2)將2.30g對氨基苯磺酸加入到100mL去離子水中，并慢慢加熱至完全溶解，再加入0.94g亞硝酸鈉，充分攪拌加入2mL濃度為12mol/L的濃鹽酸，冰浴中反應10min得到芳香重氮鹽。(3)將步驟(1)制得的氧化石墨烯/MnO2膠體加入步驟(2)制得的芳香重氮鹽中，在冰浴條件下反應2h，制得磺化的氧化石墨烯/二氧化錳復合物溶液。(4)稱取0.05~2g吡咯充分溶解在50mL氯仿中，制得吡咯溶液，再以吡咯溶液為油相，以步驟(3)制得的復合物溶液為水相，采用界面聚合法，在0~5℃下反應24h，油水界面出現大量的墨綠色產物，經過濾、洗滌后，60℃下干燥12h即制得磺化氧化石墨烯/二氧化錳/聚吡咯復合材料。本專利技術方法制備過程簡單、綠色環保、可靠，所制得的復合材料為三維多孔網狀，具有規整的空間結構、高能量密度和功率密度、優秀的循環性能，是一種理想的超級電容器電極材料，尤其適合工業化推廣生產。附圖說明圖1是本專利技術實施例7中制得的磺化氧化石墨烯/二氧化錳/聚吡咯復合材料的掃描電鏡圖。具體實施方式實施例1：(1)將0.5g氧化石墨烯溶解于100mL去離子水中，超聲30min，再加入KMnO4溶液（含有0.0289gKMnO4）和MnSO4溶液（含有0.0606gMnSO4），超聲處理5min后轉移至高壓反應釜中，185℃反應8h，自然冷卻至室溫后，用去離子水清洗收集物至中性，即得到氧化石墨烯/MnO2膠體；所述KMnO4與MnSO4的物質的量之比為2:1；所制得的氧化石墨烯/MnO2膠體中MnO2與氧化石墨烯的質量比為0.1:1。(2)將2.30g對氨基苯磺酸加入到100mL去離子水中，并慢慢加熱至完全溶解，再加入0.94g亞硝酸鈉，充分攪拌加入2mL濃度為12mol/L的濃鹽酸，冰浴中反應10min得到芳香重氮鹽。(3)將步驟(1)制得的氧化石墨烯/MnO2膠體加入步驟(2)制得的芳香重氮鹽中，在冰浴條件下反應2h，制得磺化的氧化石墨烯/二氧化錳復合物溶液。(4)量取0.0517mL吡咯充分溶解在50mL氯仿中，制得吡咯溶液，再以吡咯溶液為油相，以步驟(3)制得的復合物溶液為水相，采用界面聚合法，在3℃下反應24h，油水界面出現大量的墨綠色產物，經過濾、洗滌后，60℃下干燥12h即制得磺化氧化石墨烯/二氧化錳/聚吡咯復合材料。實施例2：(1)將0.5g氧化石墨烯溶解于100mL去離子水中，超聲30min，再加入KMnO4溶液（含有0.0579gKMnO4）和MnSO4溶液（含有0.1212gMnSO4），超聲處理5min后轉移至高壓反應釜中，185℃反應8h，自然冷卻至室溫后，用去離子水清洗收集物至中性，即得到氧化石墨烯/MnO2膠體；所述KMnO4與MnSO4的物質的量之比為2:1；所制得的氧化石墨烯/MnO2膠體中MnO2與氧化石墨烯的質量比為0.2:1。(2)將2.30g對氨基苯磺酸加入到100mL去離子水中，并慢慢加熱至完全溶解，再加本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種磺化氧化石墨烯/二氧化錳/聚吡咯復合材料的制備方法，其特征在于具體步驟為：(1)將0.5?g氧化石墨烯溶解于100?mL去離子水中，超聲30?min，再加入KMnO4溶液和MnSO4溶液，超聲處理5?min后轉移至高壓反應釜中，185?℃反應8?h，自然冷卻至室溫后，用去離子水清洗收集物至中性，即得到氧化石墨烯/MnO2膠體；所述KMnO4與MnSO4的物質的量之比為2:1；所制得的氧化石墨烯/MnO2膠體中MnO2與氧化石墨烯的質量比為0.1~2:1；(2)將2.30?g對氨基苯磺酸加入到100?mL去離子水中，并慢慢加熱至完全溶解，再加入0.94?g亞硝酸鈉，充分攪拌加入2?mL濃度為12mol/L的濃鹽酸，冰浴中反應10?min得到芳香重氮鹽；(3)將步驟(1)制得的氧化石墨烯/MnO2膠體加入步驟(2)制得的芳香重氮鹽中，在冰浴條件下反應2?h，制得磺化的氧化石墨烯/二氧化錳復合物溶液；(4)稱取0.05~2g吡咯充分溶解在50?mL氯仿中，制得吡咯溶液，再以吡咯溶液為油相，以步驟(3)制得的復合物溶液為水相，采用界面聚合法，在0~5?℃下反應24?h，油水界面出現大量的墨綠色產物，經過濾、洗滌后，60?℃下干燥12?h即制得磺化氧化石墨烯/二氧化錳/聚吡咯復合材料。...
【技術特征摘要】
1.一種磺化氧化石墨烯/二氧化錳/聚吡咯復合材料的制備方法，其特征在于具體步驟為：(1)將0.5g氧化石墨烯溶解于100mL去離子水中，超聲30min，再加入KMnO4溶液和MnSO4溶液，超聲處理5min后轉移至高壓反應釜中，185℃反應8h，自然冷卻至室溫后，用去離子水清洗收集物至中性，即得到氧化石墨烯/MnO2膠體；所述KMnO4與MnSO4的物質的量之比為2:1；所制得的氧化石墨烯/MnO2膠體中MnO2與氧化石墨烯的質量比為0.1~2:1；(2)將2.30g對氨基苯磺酸加入到100mL去離子水中，并慢慢加熱至完全溶解，...
【專利技術屬性】
技術研發人員：樊新，龐樹花，陳韋良，方東，
申請(專利權)人：桂林理工大學，
類型：發明
國別省市：廣西;45
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