[发明专利]花球状氧化镍/聚吡咯/石墨烯复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种花球状氧化镍/聚吡咯/石墨烯复合材料及其制备方法，首先制备花球状氧化镍；然后以所制备的花球状氧化镍为基材，以吡咯为原料，采用原位聚合法制备花球状氧化镍/聚吡咯复合材料；最后在花球状氧化镍/聚吡咯复合材料表面自组装氧化石墨烯得到花球状氧化镍/聚吡咯/氧化石墨烯复合材料；并采用高温水热还原的方法得到花球状氧化镍/聚吡咯/石墨烯复合材料。此过程中，不需加任何还原剂，绿色环保。该方法在制备花球状氧化镍/聚吡咯/石墨烯复合材料的过程中，制备方法简单，制备过程安全，可操作性强。

技术领域

本发明涉及一种花球状氧化镍/聚吡咯/石墨烯复合材料及其制备方法，属于有机/无机纳米复合物和功能高分子材料的交叉领域。

背景技术

超级电容器是一种性能介于传统电容器和化学电池之间的新型储能元件，具有比传统电容器更高的能量密度及比普通电池更高的功率密度，集高能量密度、高功率密度、长寿命特性于一身。超级电容器以其大容量、高能量密度、大电流充放电和长循环寿命等特点，在国防、航空航天、汽车工业、消费电子、通讯、电力和铁路等领域得到成功的应用，应用领域还在不断拓展。根据电容量、放电时间和放电量的大小，电化学电容器主要可用作辅助电源、备用电源、主电源和替换电源。人们对超级电容器的研究主要集中在高性能的电极材料的制备上。其中氧化镍作为一种金属氧化物，有着无毒害、原料丰富、价格低廉等优点，在许多领域有广泛应用，而其作为超级电容器具有较高的容量；聚吡咯因具有良好的热稳定性、化学稳定性和电化学可逆性等优点，已成为现在研究进展最快的导电高分子材料之一；石墨烯是由碳原子紧密堆积形成的具有六边形结构单元二维平面结构，具有比表面积大、电子迁移率高和导电性好等优点。但是，但氧化镍作为电极材料有着致命的缺点：导电性比较差，较难达到理想比电容。单一聚吡咯材料容易团聚，在充-放电过程中易降解而导致聚吡咯结构改变，比电容迅速降低，这个问题解决后对新型绿色电容器制备具有重要的价值。目前，现有技术中存在将石墨烯或聚吡咯与氧化镍相复合的材料以用来增加其比电容或循环寿命等性质，提高在电化学领域中的应用。

例如，申请公布号CN 103943379 A(申请号201410110704.4)的中国专利文献公开了一种石墨烯负载花状多孔氧化镍复合材料的制备方法，它是通过以石墨烯作为基体，片状多孔氧化镍自组装成花状氧化镍球生长在石墨烯基体上。此种办法在加入石墨烯时对花状氧化镍的形貌会产生影响，产生花状氧化镍形貌不均一，且花状形貌不明显。

Fu等通过两步法合成了花球状氧化镍/聚吡咯复合材料。该方法以Ni(NO₃)₂·6H₂O和尿素为原料，通过一步水热法得到花球状氧化镍，在其表面聚合聚吡咯，在1A/g时具有595 F/g的比电容。但所制备的花球状氧化镍花瓣数较少，通过调控聚吡咯的量来提高比电容，但复合之后比电容过小。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种花球状氧化镍/聚吡咯/石墨烯复合材料的制备方法，以热稳定性好、比表面积大的花球状氧化镍为基材，制备花球状氧化镍/聚吡咯/石墨烯复合材料。本发明的制备方法简单，制备过程安全，可操作性强。

为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明的第一个方面，提供了一种花球状氧化镍/聚吡咯/石墨烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)制备花球状氧化镍：

以六水合硝酸镍为镍源、尿素为沉淀剂，乙醇为溶剂，采用水热法制备花球状氧化镍前驱体，最后进行煅烧得到花球状氧化镍；其中，所用原料六水合硝酸镍、尿素的摩尔比为0.2-1：1；

(2)制备花球状氧化镍/聚吡咯：