[发明专利]碳酸氢镍-聚多巴胺-石墨烯复合材料及制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种碳酸氢镍‑聚多巴胺‑石墨烯复合材料的制备方法，具体包括如下步骤：提供氧化石墨烯；超声制备浓度为0.5～2mg/mL的氧化石墨烯悬浮液；将所得的氧化石墨烯悬浮液加热至60℃，然后加入盐酸多巴胺，利用盐酸多巴胺对氧化石墨烯进行还原和表面聚合，得到聚多巴胺‑石墨烯复合物；再将其分散到去离子水中，制备浓度为0.5～5mg L^‑1的聚多巴胺‑石墨烯悬浮液；向其中加入镍盐和沉淀剂进行水热反应，反应结束后，离心、洗涤、真空干燥，即得所述复合材料。本发明提供的复合材料在KOH电解液中具有良好的电化学性能，在三电极体系中实现优异的比电容，在0.8A g^‑1条件下，比电容达到2068F g^‑1。

技术领域

本发明属于超级电容器电极材料的制备领域，特别涉及一种碳酸氢镍-聚多巴胺-石墨烯超级电容器复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

超级电容器是一种介于电池和传统电容器之间的能量储存器件。由于具有充放电效率高、功率密度大、循环寿命长、环境友好等特点，广泛应用于交通、移动通信、信息技术、航空航天和国防科技等领域。

镍离子由于具有不同的化合价，镍化合物能在电解液中发生不同价态的转变，被广泛用作赝电容器的电极材料。DA是一种神经传导物质，用来帮助细胞传送脉冲的化学物质。PDA是贻贝类生物分泌的粘性蛋白质的主要成分，具有极强的粘附性、良好的水分散性、稳定性和生物相容性，被广泛的应用于生物、医药、化学等领域。由于PDA结构中含有大量的氨基和酚羟基等活性基团，能与贵金属离子螯合并将其原位还原为金属纳米粒子，从而制备聚PDA/金属纳米粒子复合材料。此外，PDA为材料的合成提供了丰富的氮源，PDA还原并表面聚合形成的PDA-RGO结构中含有大量的电活性含氮物质。

发明内容

因此，本发明提供了一种碳酸氢镍-聚多巴胺-石墨烯复合材料及其制备方法，对炭材料石墨烯、金属氧化物、导电聚合物等电极材料进行合理的设计探索出具有优异电化学性能的电极材料，利用盐酸多巴胺对氧化石墨烯进行还原并聚合，得到氮掺杂还原石墨烯，然后再与镍化合物进行复合，得到镍化合物纳米颗粒在聚多巴胺-石墨烯表面高度分散的新型复合材料。

具体的，本发明的第一个目的是提供的碳酸氢镍-聚多巴胺-石墨烯复合材料的制备方法，具体包括如下步骤：

S1：提供氧化石墨烯；

S2：将氧化石墨烯分散到去离子水中，将氧化石墨烯悬浮液超声处理1h，得到浓度为0.5～2mg/mL的氧化石墨烯悬浮液，并调节pH值至8.5；

S3：将S2所得的氧化石墨烯悬浮液加热至60℃，然后按照质量比1：1～1.2的比例加入盐酸多巴胺，利用盐酸多巴胺对氧化石墨烯进行还原和表面聚合，表面聚合的温度为50～90℃，聚合反应时间为12～24h，聚合产物冷却至室温后，抽滤后得到聚多巴胺-石墨烯复合物；

S4：将S3所得的聚多巴胺-石墨烯复合物分散到去离子水中，制备浓度为0.5-5mgL^-1的聚多巴胺-石墨烯悬浮液；

S5：向聚多巴胺-石墨烯悬浮液中加入镍盐，所述镍盐与氧化石墨烯的质量比为5～30：1，搅拌直至镍盐完全溶解后，加入沉淀剂，所述沉淀剂与镍盐的质量比为1：2.5～30，搅拌直至沉淀剂完全溶解后，将得到的混合物进行水热反应，水热温度为120～220℃，水热时间为5～24h，反应结束后，离心、洗涤、真空干燥，即得碳酸氢镍-聚多巴胺-石墨烯复合材料。