[发明专利]一种超快氢离子复合电极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种超快氢离子复合电极材料及其制备方法。本发明基于苝四羧酸酐基氨基酸具有超快氢离子质子化/去质子化的电化学现象，还原氧化石墨具有较大表面积及电导率，将两者基于π‑π相互作用聚集在一起，苝四羧酸酐基氨基酸负载在还原氧化石墨上。步骤为：将苝四羧酸酐基氨基酸与氧化石墨悬浮液在高温下混合匀速搅拌；将还原剂加入上述溶液中反应得到复合材料，离心、洗涤、干燥后得到产品。本发明制备工艺简单、快速，复合电极材料具有超快氢离子质子化/去质子化优异的电化学性能，可以作超级电容器的电极材料，同时为多芳香环羧基化合物与碳材料的复合物在超级电容器电极材料研究方面提供理论基础。

技术领域

本发明属于材料领域，特别涉及一种基于苝四羧酸酐基氨基酸/还原氧化石墨超快氢离子复合电极材料及其制备方法。

背景技术

近年来，随着全球经济的飞速发展，化石燃料不断减少以及环境污染严重等问题日益加剧，研究一种新型环保、低成本、高效率的能源转换系统已迫在眉睫。超级电容器由于具有功率密度高，循环寿命长，环境友好等优点而引起了人们的广泛关注，并成功应用于消费类电子产品及能源交通等领域，具有广阔的应用前景。

根据电能的储存与转化机制，超级电容器可分为双电层电容器和赝电容器。双电层电容是在电极/溶液界面通过电子或离子的定向排列造成电荷的对峙而产生的，目前双电层电容器的电极材料主要为碳材料，但由于其电容量较低而限制了应用发展。赝电容在电极表面或体相中的二维或准二维空间上，电活性物质发生高度可逆的化学吸脱附和氧化还原反应而产生的，赝电容器电极材料主要为过渡金属基材料，但由于金属基材料的导电性及稳定性差等缺点而应用受限，因此开发新型超级电容器电极材料的相关研究成为一个关键问题。本文研究了基于质子化/去质子化的苝四羧酸酐基氨基酸/还原氧化石墨复合电极材料，为超级电容器电极材料的发展提供了一个新的研究方向。

发明内容

本发明的目的在于公开一种作为超级电容器电极材料的超快氢离子复合材料及其制备方法。基于苝四羧酸酐基氨基酸具有超快氢离子质子化/去质子化的电化学现象，还原氧化石墨具有较大表面积及电导率，两者可通过π-π相互作用而聚集，充分发挥两者的优点而表现出良好的电化学性能。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种超快氢离子复合电极材料包括苝四羧酸酐基氨基酸和还原氧化石墨，基于苝四羧酸酐基氨基酸具有超快氢离子质子化/去质子化的电化学现象，还原氧化石墨具有较大表面积及良好的电导率，以还原氧化石墨作为基底，二者通过π-π相互作用聚集，苝四羧酸酐基氨基酸负载在还原氧化石墨上，形成具有优异的电化学性能苝四羧酸酐基氨基酸/还原氧化石墨超快氢离子复合电极材料。所述苝四羧酸酐基氨基酸与氧化石墨的质量比为0.2～0.8：0.05～0.2。

上述超快氢离子复合电极材料的制备方法，该制备方法利用苝四羧酸酐基氨基酸具有超快氢离子质子化/去质子化的电化学现象，还原氧化石墨具有较大表面积及电导率，两者通过π-π相互作用聚集在一起形成具有优异的电化学性能苝四羧酸酐基氨基酸/还原氧化石墨超快氢离子复合电极材料。包括以下步骤：

第一步，将苝四羧酸酐基氨基酸与氧化石墨悬浮液放入圆底烧瓶中，在70～100℃、搅拌均匀条件下，反应3～7小时得到含有苝四羧酸酐基氨基酸/氧化石墨复合物的混合溶液。

所述苝四羧酸酐基氨基酸是苝四羧酸酐基谷氨酸、苝四羧酸酐基甘氨酸、苝四羧酸酐基天冬氨酸中的一种。

所述氧化石墨悬浮液质量浓度为1～4毫克/毫升。

所述苝四羧酸酐基氨基酸与氧化石墨的质量比为0.2～0.8：0.05～0.2。

第二步，在第一步得到的混合溶液中加入用于还原氧化石墨的还原剂，在80～100℃条件下反应0.5～4小时后，离心、洗涤、干燥，得到苝四羧酸酐基氨基酸/还原氧化石墨的超快氢离子复合电极材料。