[发明专利]聚苯胺纳米线阵列/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苯胺纳米线阵列/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；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，制得聚苯胺纳米线阵列/石墨烯片/二氧化锡复合材料。本发明方法简单、可靠、绿色环保，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苯胺纳米线阵列/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。Ding等通过浸涂法合成SnO2@PANI然后与还原氧化石墨烯复合形成三维纳米结构的SnO2@PANI/rGO三元复合材料，该材料展示很高的可逆比电容并具有优秀的倍率性能和循环性能（H. Ding, et al. Ternary SnO2@PANI/rGOnanohybrids as excellent anode materials for lithium-ion batteries[J].Electrochimica Acta, 2015, 157: 205-210.）。Nguyen 等采用两步法合成石墨烯/纳米SnO2/PANI材料，该复合材料具有高的倍率容量（V.H. Nguyen, et al. Ultrasmall SnO2nanoparticle-intercalated graphene@polyaniline composites as an activeelectrode material for supercapacitors in different electrolytes[J].Synthetic Metals, 2015, 207: 110-115.）。Liu等合成了由二氧化锡纳米粒子、石墨烯和聚苯胺组成的复合材料并研究其作为高性能锂离子电池的正极材料的性能。该复合材料的纳米结构能够有效调节二氧化锡锂化过程中的体积膨胀，同时抑制循环过程中的纳米粒子团聚而具有优秀的循环稳定性。（H. Liu, et al. A reduced graphene oxide/SnO2/polyaniline nanocomposite for the anode material of Li-ion batteries[J].Solid State Ionics, 2016, 294: 6-14. ）。

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和苯胺为原料，采用界面聚合法和水热法制备聚苯胺纳米线阵列/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苯胺纳米线阵列/石墨烯片/二氧化锡复合材料的制备方法。