[发明专利]一种羧基化氧化石墨烯改性双导电聚合物电极材料

说明书

一种羧基化氧化石墨烯(GO‑COOH)改性双导电聚合物电极材料，涉及了一种新型羧基化氧化石墨烯改性聚苯胺/聚吡咯(GO‑COOPANI/PPY)作为超级电容器电极材料。本发明主要是解决导电高分子复合材料复合效果不佳，且单一导电聚合物作为电极材料易发生过氧化、过还原反应，电极的降解及氧化还原电位随时间的降低等因素造成的超级电容器电容低、使用寿命短的技术问题。本发明的方法为：利用改进的Hummers法并超声剥离制备氧化石墨烯分散液，加入HBr、HOOC‑COOH制备羧基化氧化石墨烯，利用硬模板法、原位聚合法制备GO‑COOH改性的PANI/ATP、PPY/ATP复合材料，再用HF酸去模板。本发明制备的电极材料经过测试，电容更高，循环使用寿命更长，电化学性能明显提高，可作为有潜在应用前景的超级电容器电极材料。

技术领域

本发明涉及了一种新型羧基化氧化石墨烯改性双导电聚合物作为超级电容器电极材料。

背景技术

超级电容器作为一种最有前途的能源存储设备，由于其快速的充电/放电率，大功率密度和良好的循环性能已经成为人们关注的焦点。人类在努力探索和开发新的能源的同时，也在不断的改进新的能源存储技术，超级电容器作为其中的佼佼者，其新型动力能源系统表现出了极其优异的性能，具有十分广阔的发展前景。超级电容器的研究重点是在电极材料上，所设计的电极材料，其比表面积、电导率、孔径大小、形貌、结构、耐酸耐碱性等因素直接决定了超级电容器电化学性能。常用的电极材料中碳基材料比表面积大、导电性高、稳定性好，但其电化学性能并不十分理想；单一的导电聚合物电极材料能够存储高密度的电荷，产生大的法拉第电容，但这类材料机械性能不佳，长期循环稳定性差，工作电压及储能密度有待提高。因此，将碳材料与导电聚合物进行复合利用各组分间的协同作用来提高整体综合性能越来越成为制备电极材料的发展趋势。

本发明中羧基化氧化石墨烯改性双导电聚合物的复合材料除了具有各个物质本身的物化性质以外还具有许多其他优异性能，如1、羧基化氧化石墨烯较石墨烯具有更好的亲水性、稳定性、及较强的机械性能，适用于制备高性能聚合物纳米复合材料；2、将羧基化氧化石墨烯与导电聚合物复合，一方面使材料具有利于电子传输和聚集的导电性，另一方面缓解了石墨烯表面的团聚现象，使比表面积得到了有效的释放，提高了其在超电容方面的电化学性能且羧基化后氧化石墨烯更利于与导电聚合物复合；3、双导电聚合物的存在能够有效预防过氧化、过还原反应，电极的降解及氧化还原电位随时间的降低，从而较单一导电聚合物具有更高、更稳定的电化学性能。

发明内容

本发明主要是解决氧化石墨烯与导电高分子材料复合效果不佳，且单一导电聚合物作为电极材料易发生过氧化、过还原反应，电极的降解及氧化还原电位随时间的降低等因素造成的超级电容器电容低、使用寿命短的技术问题。本发明制备的电极材料利用羧基功能化的氧化石墨烯改性导电聚合物从而使复合材料官能团结合的更牢固达到复合效果更佳、更稳定的目的；其次，采用双导电聚合物作为电极材料进一步避免了电极的快速降解、过氧化、过还原等，从而获得具有更高、更稳定电化学性能的超级电容器电极材料。

本发明的一种羧基化氧化石墨烯改性双导电聚合物电极材料是按以下步骤进行：

一、GO通过改进的Hummers法由鳞片石墨合成，将13mL H ₃PO₄和120mL H ₂SO₄混合并放入250mL 三口烧瓶中，然后逐渐加入1.0g 325目鳞片石墨和6.0g KMnO₄，在48℃下搅拌12小时，将所得溶液倒入1000mL烧杯中，加入冰块冷却保持低于20℃的温度，接着，向上述混合物中加入20mL 30％H ₂O₂，静置一夜，然后用去离子水和无水乙醇反复离心、洗涤，直到上清液的pH值变为中性，将所得胶体在空气中干燥，得到棕色氧化石墨，最后，通过在环境条件下超声处理1.0％氧化石墨分散体90分钟进行剥离，并获得氧化石墨烯(GO)的分散液，密封保存备用；