[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

摘要

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。

主权项

1.一种羧基化氧化石墨烯改性双导电聚合物电极材料，其特征在于羧基化氧化石墨烯改性聚苯胺/聚吡咯是按以下步骤进行：一、GO通过改进的Hummers法由鳞片石墨合成，将13mL H₃PO₄和120mL H₂SO₄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％H₂O₂，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，并获得氧化石墨烯的分散液，密封保存备用；二、取上述氧化石墨烯分散液100mL，加入4.5mL HBr，在磁力搅拌的条件下反应12h，向反应液中加入1.5g草酸，继续搅拌反应4h，反应结束后用蒸馏水反复离心、洗涤至溶液pH呈中性，清洗干净的样品在鼓风干燥箱中于60℃下干燥10h，研磨成粉末，收集产物羧基化氧化石墨烯，标记为GO‑COOH；三、将0.5mL聚合物单体和0.25g十二烷基苯磺酸钠溶解在40mL 0.5mol L^‑1H₂SO₄溶液中，加入一定量的GO‑COOH并超声处理以分散，标记为溶液A，将8g凹凸棒土(ATP)溶解于200mL 0.5mol L^‑1H₂SO₄中制备0.04g/mL ATP/H₂SO₄溶液，向溶液A中添加37.5mL的ATP/H₂SO₄溶液，标记为溶液C，再将1.25g(NH₄)₂S₂O₈也溶解在18mL的0.5mol L^‑1H₂SO₄中，标记溶液B，为了与上述溶液A和C具有相同的系统环境，将所得溶液B在搅拌下以约每3秒每滴的速度缓慢滴加到溶液C中，然后保持在0℃下连续搅拌8h，静置过夜，抽滤所得混合物，用蒸馏水和无水乙醇洗涤直至滤液无色，然后在60℃下干燥24小时，研磨得到不同m_GO‑COOH：m_单体的羧基化氧化石墨烯改性聚苯胺/凹凸棒粘土，标记为GO‑COOPANI/ATP或羧基化氧化石墨烯改性聚吡咯/凹凸棒粘土，标记为GO‑COOPPy/ATP复合材料，最后，将0.8g GO‑COOPANI/ATP或GO‑COOPPy/ATP加入到HF酸溶液中，连续搅拌11h以除去ATP模板，然后进行上述制备GO‑COOPANI/ATP或GO‑COOPPy/ATP过程中的抽滤，洗涤和干燥，获得不同比例m_GO‑COOH：m_单体的羧基化氧化石墨烯改性聚苯胺，标记为GO‑COOPANI或羧基化氧化石墨烯改性聚吡咯，标记为GO‑COOPPy；四、将m_GO‑COOPANI:m_GO‑COOPPy按照一定质量比称取后混合制备羧基化氧化石墨烯改性双导电聚合物GO‑COOPANI/PPY电极材料。