[发明专利]一种自组装氧化锌/石墨烯复合电极膜材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于电极材料领域，公开了一种自组装氧化锌/石墨烯复合电极膜材料及其制备方法和应用。本发明首先制备氧化石墨烯和金属氧化物氧化锌纳米片组分，通过抽滤自组装工艺制备石墨烯/氧化锌复合电极膜材料，采用热还原法来提高复合材料的导电性。制备的石墨烯/氧化锌复合电极材料不仅具备石墨烯的柔性，且具备金属氧化物的赝电容特性，复合材料表现出优异的电化学性能和循环稳定性。

技术领域

本发明属于电极材料领域，特别涉及一种自组装氧化锌/石墨烯复合电极膜材料及其制备方法和应用。

背景技术

石墨烯作为一种二维片层结构，具有超高的导电率、比表面积和化学稳定性，常用于双电层超级电容器电极材料。由于石墨烯片层的碳环易发生共轭效应，片层容易发生团聚和堆叠，这不利于离子的渗透和扩散。因此，石墨烯作为电极材料的实际比电容值低于理论值。为进一步提高石墨烯基电容器的比电容，可通过复合过渡金属和导电高分子，利用其协同效应，构建复合电极材料。然而，目前报道的大部分都是石墨烯复合粉末材料，粉末电极材料在组装电极时需要添加粘合剂如聚四氟乙烯乳液和导电剂如炭黑，乙炔黑，这些添加剂显然降低了复合材料本身的利用率，并提高了电极在电解液的电阻。此外，石墨烯复合膜材料多采用溶液沉积法或原位合成法，这也无形中破环了石墨烯膜结构，且添加的过渡金属氧化物和导电高分子的含量不可控。因此，设计石墨烯基复合膜既保证作为电极材料的优异性能，又能提高复合电极物质的分散性及可控性，仍旧是一个挑战。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种自组装氧化锌/石墨烯复合电极膜材料的制备方法。

本发明另一目的在于提供上述方法制备的自组装氧化锌/石墨烯复合电极膜材料。

本发明再一目的在于提供上述自组装氧化锌/石墨烯复合电极膜材料在超级电容器中的应用。

本发明的目的通过下述方案实现：

一种自组装氧化锌/石墨烯复合电极膜材料的制备方法，主要包括以下步骤：

(1)将氧化石墨烯粉末分散在水中，形成分散均匀的氧化石墨烯分散液；

(2)向醋酸锌水溶液中加入氢氧化钠和乙二胺，加热回流反应生成氧化锌纳米片；

(3)将步骤(2)制备的氧化锌纳米片分散在水中，形成分散均匀的氧化锌纳米片分散液；

(4)将步骤(3)中得到氧化锌纳米片分散液与步骤(1)中得到的氧化石墨烯分散液混合，然后超声分散，再抽滤，得到均一的柔性膜材料；

(5)将步骤(4)中所得柔性膜材料进行高温煅烧，即得自组装氧化锌/石墨烯复合电极膜材料。

步骤(1)中所述的氧化石墨烯分散液中氧化石墨烯的质量浓度为1～5mg/mL，优选为2mg/mL；

步骤(2)中所述的醋酸锌水溶液中醋酸锌的质量分数为1～2％；

步骤(2)中所述的氢氧化钠和乙二胺的摩尔比为1:0.8～1.3；步骤(2)中所述的氢氧化钠和乙二胺的总摩尔量与醋酸锌的摩尔量的比值为3～8:1；

步骤(2)中所述的加热回流反应是指在100℃回流反应12～24h；

步骤(2)中所述的反应结束后还包括一个纯化步骤，具体步骤为：将所得反应液用水和乙醇分别洗涤，然后减压抽滤得到氧化锌纳米片白色晶体。

步骤(3)中所述的氧化锌纳米片分散液中氧化锌纳米片的质量浓度为0.1～5mg/mL，优选为0.1～1mg/mL；

步骤(1)和步骤(3)中所述的分散均优选在40～100kHz下进行超声分散；