[发明专利]聚苯胺纳米线阵列/石墨烯片/锰氧化物复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种聚苯胺纳米线阵列/石墨烯片/锰氧化物复合材料的制备方法。以氧化石墨烯三维结构为骨架，利用苯胺链段上带正电的氮和氧化石墨烯表面上的环氧键之间的静电张力在氧化石墨烯表面生长聚苯胺纳米线阵列，加入高锰酸钾溶液和过量的硫酸锰溶液到聚苯胺纳米线/氧化石墨烯混合液中，生成二氧化锰沉积在氧化石墨烯片上面；同时，过量的带正电的Mn(Ⅱ)离子进入到负电性的氧化石墨烯片层间，并与氧化石墨烯发生氧化还原反应而生成Mn(Ⅲ)离子，同时将氧化石墨烯还原为石墨烯，然后通过水热法生成的纳米四氧化三锰颗粒沉积在还原后的石墨烯层之间，最终制备出聚苯胺纳米线阵列/石墨烯片/锰氧化物复合材料。

技术领域

本发明属于能源材料技术领域，特别涉及一种以界面聚合法和水热法制备超级电容器用聚苯胺纳米线阵列/石墨烯片/锰氧化物复合材料的方法。

背景技术

超级电容器由于具有高能量密度和功率密度以及优秀的循环性能等而作为快速和高功率能量储存系统领域的首要选择。超级电容器中的电极材料对超级电容器的性能起到至关重要的作用，因此，实现超级电容器广泛应用的重中之重是制备和开发高性能的电极材料。

导电聚合物、过渡金属氧化物和碳材料是超级电容器电极材料常用的三种材料。利用这三种材料的优势特征而克服单一材料存在的不足制备复合电极材料是目前超级电容器电极材料研究的热点之一。Razak等人合成了聚苯胺、多壁碳纳米管和二氧化锰的三元复合材料并对其结构进行了表征和分析。该材料具有高热稳定性、良好的循环性能和低电导率（S.I.A. Razak, et al. MnO2-filled multiwalled carbon nanotube/polyanilinenanocomposites: effect of loading on the conduction properties and itspercolation threshold[J]. Nano, 2011, 6(1): 81-91）。Li等采用简单的湿化学法以聚苯胺、多壁碳纳米管和二氧化锰为原料制备同轴结构的三元复合材料，可有效提高二氧化锰的电化学利用率及降低各组分之间的接触电阻而获得良好的电化学性能（Q. Li, etal. Synthesis and electrochemical performance of multi-walled carbonnanotube/Polyaniline/MnO2 ternary coaxial nanostructures for supercapacitors[J]. J. Power Sources, 2011, 196(1): 565-572.)。Meng等采用一步界面聚合法制备聚苯胺/二氧化锰复合材料，该材料具有良好的循环稳定性和高电容（F. Meng, et al.Controllable synthesis of MnO2/polyaniline nanocomposite and itselectrochemical capacitive property[J]. Nanoscale Res. Lett., 2013, 8(1):179.）。Han等以二氧化锰纳米棒、聚苯胺和氧化石墨烯为原料制备三元复合电极材料，为长寿命、高性能金属氧化物基超级电容器电极材料的制备提供了一种有效的方法（G. Han,et al. MnO2 nanorods intercalating graphene oxide/Polyaniline ternarycomposites for robust high-performance supercapacitors[J]. Nature, 2014, 4(4824):1-7.）。本专利申请人课题组采用界面聚合法一步合成二氧化锰/聚苯胺/石墨烯三维杂化材料，为高性能超级电容器电极材料的工业化生产提供了重要的实验依据（X. Fan,et al. Preparation of 3D MnO2/polyaniline/graphene hybrid material viainterfacial polymerization as high-performance supercapacitor electrode[J].Chin. J. Chem. 2016, 34(8): 839-846.）。