[发明专利]一种蕊状碳纳米管/石墨烯三维层状复合电极材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种蕊状碳纳米管/石墨烯三维层状复合电极材料的制备方法，具体过程为：通过调整催化剂醋酸镍与碳源材料乙醇的比例利用化学气相沉积法于450‑600℃在石墨烯基凝胶表面沉积具有蕊状结构碳纳米管，再经过2‑20MPa高压压片处理得到具有丰富孔道结构的蕊状碳纳米管/石墨烯三维层状复合电极材料。本发明制得的蕊状碳纳米管/石墨烯三维层状复合电极材料具有很高的比表面积及丰富的孔道结构，并由碳纳米管在层间支撑构建成三维导电网络结构，表现出很高的电容性能，是一种优异的超级电容器电极材料。

技术领域

本发明属于超级电容器电极材料技术领域，具体涉及一种蕊状碳纳米管/石墨烯三维层状复合电极材料的制备方法。

背景技术

石墨烯是一种具有独特二维平面结构的材料，它由单层碳原子以sp2杂化联接在一起而组成，独特的结构赋予了石墨烯优异的性能，它具有良好的导电能力、优异的力学性能、较高的热传导系数以及很高的比表面积。因此，石墨烯在超级电容器领域具有很强的应用潜力。

虽然石墨烯具有很多优点，但在使用目前最具有规模化生产石墨烯的方法“氧化剥离”制备石墨烯的过程中，石墨烯片层很容易发生重新团聚，造成比表面积下降。同时，石墨烯在氧化及后续还原处理后，片层上会残留一定的含氧官能团，影响石墨烯的导电能力，这些问题大大限制了石墨烯的进一步应用。

目前国内外各种文献和专利报道的石墨烯基超级电容器材料主要采用添加阻止团聚添加剂、结构诱导剂等方法提高石墨烯的性能。如中国专利CN201210545013.8在石墨烯的制备过程中加入了锰基前驱体，最终制得MnO₂/石墨烯复合材料，该复合材料表现出了较好的电容性能。中国专利CN201510169644.8报道了使用恒温水热方法制备得到了具有三维多孔结构的石墨烯凝胶，该石墨烯凝胶具有很高的比表面积，可作为电极材料应用于超级电容器中。但是上述方法制得的电极材料用于超级电容器中其电化学性能仍然不够理想，有待进一步提高。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供了一种蕊状碳纳米管/石墨烯三维层状复合电极材料的制备方法，该方法制得的蕊状碳纳米管/石墨烯三维层状复合电极材料表现出良好的电容性能，具有较强的应用潜力。

本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种蕊状碳纳米管/石墨烯三维层状复合电极材料的制备方法，其特征在于具体过程为：通过调整催化剂醋酸镍与碳源材料乙醇的比例利用化学气相沉积法于450-600℃在石墨烯基凝胶表面沉积具有蕊状结构碳纳米管，再经过2-20MPa高压压片处理得到具有丰富孔道结构的蕊状碳纳米管/石墨烯三维层状复合电极材料。

进一步优选，所述蕊状碳纳米管/石墨烯三维层状复合电极材料的制备方法，其特征在于具体步骤为：以Hummer’s法制备得到氧化石墨粉体，将氧化石墨粉体配制成2mg/mL的分散液，使用超声细胞粉碎机对所得分散液处理1h，将30mL、8mg/mL的低聚态酚醛树脂与30mL氧化石墨分散液混合并调节pH至10后转移至聚四氟乙烯反应釜中于120-200℃水热反应24h，再将所得石墨烯水凝胶浸入100mL、1-10mg/mL的醋酸镍溶液中浸泡12h，经冷冻干燥后将样品转移至管式气氛炉中，在氮气保护下升温至450-600℃并使用蠕动泵以0.1-0.5mL/min的速率持续加入乙醇直接沉积反应结束，沉积反应时间为15-45min，冷却后样品经过反复酸洗、水洗后干燥得到黑色柱状材料，再经过2-20MPa高压压片处理得到黑色粉体材料即蕊状碳纳米管/石墨烯三维层状复合电极材料。

进一步优选，低聚态酚醛树脂与氧化石墨烯分散液的水热反应温度优选为180℃。

进一步优选，醋酸镍溶液的质量浓度优选为2mg/mL。

进一步优选，在氮气保护下优选升温至550℃。

进一步优选，乙醇的加入速率优选为0.3mL/min，沉积反应时间优选为30min。