[发明专利]氮掺杂石墨烯接枝聚(N-氨基甘氨酸)/纤维素纳米纤维膜柔性电极材料的制备方法

说明书

本发明提供了一种氮掺杂石墨烯接枝聚(N‑氨基甘氨酸)/纤维素纳米纤维膜柔性电极材料的制备方法，其包括如下步骤：制备所述的石墨烯/聚苯胺复合物；氮掺杂石墨烯；利用对氨基二苯胺对所述氮掺杂石墨烯进行改性，得到对氨基二苯胺改性氮掺杂石墨烯；制备氮掺杂石墨烯接枝聚(N‑苯基甘氨酸)；制备纤维素纳米纤维膜；将所述纤维素纳米纤维膜浸泡在乙醇溶液中，加入氮掺杂石墨烯接枝聚(N‑苯基甘氨酸)，制备得到氮掺杂石墨烯接枝聚(N‑氨基甘氨酸)/纤维素纳米纤维膜柔性电极材料。利用基底材料纤维素纳米纤维膜的柔性，从而使制备的电极具有可弯曲性能，提高循环使用寿命。

技术领域

本发明涉及一种氮掺杂石墨烯接枝聚(N-氨基甘氨酸)/纤维素纳米纤维膜柔性电极的制备方法，属于碳材料和电化学领域。

背景技术

随着经济和社会的发展，我们面临了越来越严峻的能源危机，因此开发新型的、可持续、清洁的能源成为我们研究的热点。超级电容器由于高的能量密度和功率密度、循环使用寿命长、环境友好等特点，被广泛应用于军事、通讯设施、可移动电源和汽车等领域。

目前超级电容器根据不同的储能机理可分为双电层电容器和赝电容器。聚苯胺由于质量轻、合成容易和高能量密度等优势，成为最有前途的导电高分子聚合物基电极材料。然而聚苯胺难以熔融，且在大部分溶剂中不溶，限制了其广泛的应用。而且聚苯胺为刚性链结构，导致其脆性大，不易用于柔性电极材料的使用。为了解决该问题，柔性材料经常被用作基底与聚苯胺复合制备柔性电极。如Yan等人以电纺碳纳米纤维膜为基底，在其表面聚合苯胺得到碳纳米纤维/聚苯胺膜电极材料。该电极材料在电流密度为2A/g条件下，比电容为638F/g(Yan X,et al.,Fabrication of carbon nanofiber–polyaniline compositeflexible paper for supercapacitor.Nanoscale 2011,3,212)。Niu等人通过电化学方法制备了“骨/皮”结构单壁碳纳米管/聚苯胺柔性电极，以该柔性电极作为超级电容器的电极材料，该超级电容器的能量密度和功率密度分别为131Wh/kg和62.5kW/kg(Niu Z,et al.,A“skeleton/skin”strategy for preparing ultrathin free-standing single-walledcarbon nanotube/polyaniline films for high performance supercapacitorelectrodes.Energy Environ.Sci.2012,5,8726)。因此如何将聚苯胺与柔性材料复合提高电极材料的弯曲性能成为科学研究的热点。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种氮掺杂石墨烯接枝聚(N-氨基甘氨酸)/纤维素纳米纤维膜柔性电极的制备方法，以解决现有技术中所存在的上述问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种氮掺杂石墨烯接枝聚(N-氨基甘氨酸)/纤维素纳米纤维膜柔性电极材料的制备方法，其包括如下步骤：

将石墨烯、十二烷基苯磺酸钠和去离子水混匀后，加入苯胺和FeC1₃，反应得到所述的石墨烯/聚苯胺复合物；

将所述的石墨烯/聚苯胺复合物用NH₄Cl溶液活化，洗涤、干燥，在氮气保护下，从25℃升温到250～300℃，保温2～4h，接着从250～300℃升温到800～1100℃，保温2～4h，得到氮掺杂石墨烯；

利用对氨基二苯胺对所述氮掺杂石墨烯进行改性，得到对氨基二苯胺改性氮掺杂石墨烯；

将所述对氨基二苯胺改性氮掺杂石墨烯和N-苯基甘氨酸加入盐酸中，超声分散形成分散液，滴加入过硫酸铵水溶液，在冰水浴下进行反应后，经抽滤、洗涤和真空干燥，得到氮掺杂石墨烯接枝聚(N-苯基甘氨酸)；

制备纤维素纳米纤维膜；