[发明专利]聚吡咯纳米线阵列/石墨烯片/二氧化锡复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种聚吡咯纳米线阵列/石墨烯片/二氧化锡复合材料的制备方法。以氧化石墨烯三维结构为骨架，利用吡咯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吡咯纳米线阵列；同时，带正电的Sn(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Sn(Ⅳ)离子，同时将氧化石墨烯还原为石墨烯，然后加入氢氧化钠溶液并在180℃下反应生成纳米二氧化锡颗粒沉积在还原后的石墨烯层之间，制得聚吡咯纳米线阵列/石墨烯片/二氧化锡复合材料。本发明方法制备过程简单、可靠、绿色环保，且制得的复合材料具有规整的空间结构，高能量密度和功率密度，以及优秀的循环性能。

技术领域

本发明属于新型能源材料技术领域，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吡咯纳米线阵列/石墨烯片/二氧化锡复合材料的方法。

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。Yuan等采用液相沉积法和原位化学聚合法合成二氧化锡/聚吡咯中空微球复合物，该材料具有良好的循环性能（J. Yuan, et al. SnO2/polypyrrole hollow spheres with improved cycle stability as lithium-ionbattery anodes[J]. Journal of Alloys and Compounds,2017, 691: 34-39.）。Liu等以二氧化锡和吡咯为原料采用水热法合成具有核壳结构的中空SnO2@PPy纳米复合材料，能够有效抑制二氧化锡微球的团聚和缓和充放电过程中聚吡咯的体积膨胀；此外，包覆聚吡咯后的中空结构的复合物相对二氧化锡微球能够更加有利于锂离子的扩散，从而提高复合材料的电化学性能（R. Liu, et al. Core-shell structured hollow SnO2-polypyrrolenanocomposite anodes with enhanced cyclic performance for lithium-ionbatteries[J]. Nano Energy, 2014, 6: 73-81.）Zhao等制备的SWNTs@SnO2@PPy复合材料通过实现SnO2和Sn完全可逆转变而获得优秀的电化学性能（良好的容量保持率和优秀的倍率性能）（Y. Zhao, et al. Fully reversible conversion between SnO2 and Sn inSWNTs@SnO2@PPy coaxial nanocable as high performance anode material forlithium ion batteries[J]. J. Phys. Chem. C, 2012, 116 (35): 18612-18617.）。

因此采用简单的合成技术制备高性能超级电容器电极材料对于其在电化学储能领域的应用具有重大的意义。本发明以三维氧化石墨烯、SnCl2和吡咯为原料，采用界面聚合法和水热法制备聚吡咯纳米线阵列/石墨烯片/二氧化锡复合材料。所得复合材料具有规整的空间排列、良好的分散性、高能量密度和功率密度、优秀的循环性能，是一种理想的超级电容器电极材料，尤其是适合工业化生产。

发明内容

本发明的目的是提供一种聚吡咯纳米线阵列/石墨烯片/二氧化锡复合材料的制备方法。