一種離子液體功能化石墨烯/導(dǎo)電聚苯胺納米線復(fù)合材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及新型能源材料制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種離子液體功能化石墨稀/導(dǎo)電聚苯胺納米線復(fù)合材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]超級(jí)電容器是介于傳統(tǒng)電容器和二次電池之間的一種新型的電化學(xué)儲(chǔ)能裝置，具有較高的功率密度和長(zhǎng)循環(huán)壽命，在航空航天、電子設(shè)備、移動(dòng)通訊、交通運(yùn)輸、軍事應(yīng)用等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用；電極材料是決定超級(jí)電容器電化學(xué)性能的關(guān)鍵因素，研究與開(kāi)發(fā)新穎的電極材料是提高超級(jí)電容器性能的重要途徑。聚苯胺作為一種典型的η共軛導(dǎo)電高分子材料，具有原料價(jià)廉易得、合成簡(jiǎn)便、環(huán)境及化學(xué)穩(wěn)定性好、較高的電導(dǎo)率等優(yōu)點(diǎn)，在超級(jí)電容器、傳感器、催化劑、電致變色材料等方面有著廣闊的應(yīng)用前景；導(dǎo)電聚苯胺是通過(guò)電極表面或體相中發(fā)生快速可逆的氧化還原反應(yīng)儲(chǔ)存高密度電荷，具有較高的法拉第贗電容，但是電子轉(zhuǎn)移動(dòng)力學(xué)性能較差、循環(huán)壽命短;這主要是因?yàn)榫酆衔锕羌苤械难趸€原活性位在反復(fù)多次的氧化還原過(guò)程中不是非常的穩(wěn)定。石墨烯是由單層碳原子緊密堆積成二維蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)的一種碳質(zhì)新材料，具有優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性、大的比表面積和較寬的電化學(xué)窗口。雖然單層石墨烯具有超大的極限比表面積，但是石墨烯在制備過(guò)程中由于片與片之間具有較強(qiáng)的范德華力，容易發(fā)生片層的團(tuán)聚和堆積，降低石墨烯的比電容，限制了其作為超級(jí)電容器電極材料的應(yīng)用；通過(guò)對(duì)石墨烯表面功能化改性可以降低石墨烯片層聚集。一維納米材料如納米管、納米線、納米纖維等除了具有其他納米結(jié)構(gòu)的高比表面積的特點(diǎn)之外，還具有高長(zhǎng)徑比及優(yōu)良導(dǎo)電性能，因而在超級(jí)電容器的電極材料研究領(lǐng)域具有重要的研究?jī)r(jià)值;將功能化改性的石墨烯與導(dǎo)電聚苯胺納米線復(fù)合構(gòu)筑石墨烯/導(dǎo)電聚苯胺納米線復(fù)合材料，不僅可以提高聚苯胺的電化學(xué)穩(wěn)定性，同時(shí)能顯著提升復(fù)合材料作為超級(jí)電容器電極材料的比電容。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種離子液體功能化石墨烯/導(dǎo)電聚苯胺納米線復(fù)合材料的制備方法。
[0004]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0005]—種離子液體功能化石墨稀/導(dǎo)電聚苯胺納米線復(fù)合材料的制備方法，所述制備方法的步驟如下:
[0006](I)利用化學(xué)氧化法制備氧化石墨，通過(guò)超聲波處理將氧化石墨分散在有機(jī)溶劑中獲得氧化石墨烯懸浮液，向氧化石墨烯懸浮液中加入咪唑類(lèi)離子液體，在室溫下攪拌5小時(shí)，然后靜置24小時(shí)倒出上層氧化石墨烯懸浮液；
[0007](2)向所得氧化石墨烯懸浮液中加入氫氧化鉀，并在90-95 V攪拌10小時(shí)，經(jīng)過(guò)離心分離、無(wú)水乙醇和去離子水多次洗滌，然后進(jìn)行冷凍干燥處理，最后得到離子液體功能化的石墨稀;
[0008](3)將離子液體功能化石墨烯超聲分散在去離子水中，經(jīng)過(guò)離心分離獲得上層穩(wěn)定的石墨稀懸浮液，質(zhì)量濃度為0.09-3.lmg/mL；
[0009 ] (4)向石墨稀懸浮液中加入苯胺，摩爾濃度為0.05-0.5mol/L，在0_5 °C下攪拌混合均勻；
[0010](5)配置無(wú)機(jī)酸，摩爾濃度為2mo 1/L，向其中加入過(guò)硫酸銨，摩爾濃度為0.013-
0.125moI/L，將該混合溶液迅速加入至步驟(4)所得溶液中，然后在0_5 V下攪拌12小時(shí)，所得產(chǎn)物經(jīng)抽濾、無(wú)水乙醇和去離子水多次洗滌后，在60°C、真空環(huán)境下干燥處理8小時(shí)得到離子液體功能化石墨稀、導(dǎo)電聚苯胺納米線復(fù)合材料。
[0011 ]優(yōu)選的，所述有機(jī)溶劑為N、N-二甲基甲酰胺、乙醇、乙二醇中的任意一種。
[0012]優(yōu)選的，所述無(wú)機(jī)酸為高氯酸、鹽酸、硫酸中的任意一種。
[0013]優(yōu)選的，所述咪唑類(lèi)離子液體為1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽離子液體、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽離子液體、1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸鹽離子液體、1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽離子液體中的任意一種。
[0014]通過(guò)上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是:
[0015]本發(fā)明通過(guò)咪唑類(lèi)離子液體對(duì)石墨烯進(jìn)行功能化改性，利用化學(xué)氧化法在離子液體功能化石墨烯懸浮液中原位聚合苯胺制備石墨烯/導(dǎo)電聚苯胺納米線復(fù)合材料，在石墨烯表面引入導(dǎo)電聚苯胺納米線;利用石墨烯大的比表面積、優(yōu)異的導(dǎo)電性及化學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，提升納米復(fù)合材料的電學(xué)性質(zhì)和穩(wěn)定性，不僅能顯著提高納米復(fù)合材料作為超級(jí)電容器電極材料的充放電循環(huán)穩(wěn)定性和比電容，還可以降低超級(jí)電容器的內(nèi)阻和溶液電阻。
[0016]本發(fā)明采用化學(xué)氧化原位聚合法在離子液體功能化石墨烯上合成導(dǎo)電聚苯胺納米線，制備方法簡(jiǎn)單易行、反應(yīng)溫度低、反應(yīng)時(shí)間短、能耗低、化學(xué)均勻性好，易于大量制備，而且容易推廣到其它的材料體系。
【附圖說(shuō)明】
[0017]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0018]圖1為本發(fā)明離子液體功能化石墨烯/導(dǎo)電聚苯胺納米線復(fù)合材料的SEM照片。
【具體實(shí)施方式】
[0019]為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
[0020]實(shí)施例1
[0021]本發(fā)明公開(kāi)了一種離子液體功能化石墨烯/導(dǎo)電聚苯胺納米線復(fù)合材料的制備方法，該制備方法的步驟如下:
[0022](I)利用化學(xué)氧化法制備氧化石墨，通過(guò)超聲波處理將Ig氧化石墨分散在500mlN、N-二甲基甲酰胺中(也可以為乙醇或乙二醇)，超聲5小時(shí)，經(jīng)過(guò)離心分離獲得上層穩(wěn)定的氧化石墨稀懸浮液，質(zhì)量濃度為2mg/mL;向該氧化石墨稀懸浮液中加入0.5g咪卩坐類(lèi)離子液體(咪唑類(lèi)離子液體可以為1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽離子液體、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽離子液體、1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸鹽離子液體、1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽離子液體中的任意一種)，將離子液體/氧化石墨烯混合物在室溫下攪拌5小時(shí)，然后靜置24小時(shí)倒出上層氧化石墨烯懸浮液；向所得氧化石墨烯懸浮液中加入2g氫氧化鉀，超聲2小時(shí)，并在90-95°C攪拌10小時(shí)，經(jīng)過(guò)離心分離、無(wú)水乙醇和去離子水多次洗滌，然后進(jìn)行冷凍干燥處理，最后得到離子液體功能化的石墨烯。
[0023](2)將9ml離子液體功能化的石墨烯超聲分散在10ml去離子水中，經(jīng)過(guò)離心分離獲得上層穩(wěn)定的石墨稀懸浮液，質(zhì)量濃度為0.09mg/mL;向石墨稀懸浮液中加入913yL的苯胺(0.93g，摩爾濃度為0.lmol/L)，在0-5°C下攪拌混合均勻；將0.57g的過(guò)硫酸銨溶解于10ml摩爾濃度為2mol/L的高氯酸溶液中，過(guò)硫酸錢(qián)溶液的摩爾濃度為0.025mol/L，然后將該混合溶液迅速加入到石墨烯/苯胺混合體系中，在0-50C下攪拌12小時(shí)，然后將反應(yīng)溶液倒入大燒杯中，向其中加入去離子水500mL，靜置5小時(shí)后，所得產(chǎn)物經(jīng)真空抽濾、無(wú)水乙醇和去離子水多次清洗，60 °C真空干燥8小時(shí)得到離子液體功能化石墨烯/導(dǎo)電聚苯胺納米線復(fù)合材料，石墨烯與聚苯胺的質(zhì)量比1:99;圖1是制備的復(fù)合材料的掃描電鏡(SEM)照片，從圖中可以看到直徑為SOnm的聚苯胺納米線均勻分散在石墨烯表面。
[0024]實(shí)施例2
[0025]本發(fā)明公開(kāi)了一種離子液體功能化石墨烯/導(dǎo)電聚苯胺納米線復(fù)合材料的制備方法，該制備方法的步驟如下:
[0026](I)利用化學(xué)氧化法制備氧化石墨，通過(guò)超聲波處理將Ig氧化石墨分散在500mlN、N-二甲基甲酰胺中(也可以為乙醇或乙二醇)，超聲5小時(shí)，經(jīng)過(guò)離心分離獲得上層穩(wěn)定的氧化石墨稀懸浮液，質(zhì)量濃度為2mg/mL;向該氧化石墨稀懸浮液中加入0.5g咪卩坐類(lèi)離子液體(咪唑類(lèi)離子液體可以為1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽離子液體、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽離子液體、1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸鹽離子液體、1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽離子液體中的任意一種)，將離子液體/氧化石墨烯混合物在室溫下攪拌5小時(shí)，然后靜置24小時(shí)倒出上層氧化石墨烯懸浮液；向所得氧化石墨烯懸浮液中加入2g氫氧化鉀，超聲2小時(shí)，并在90-95°C攪拌10小時(shí)，經(jīng)過(guò)離心分離、無(wú)水乙醇和去離子水多次洗滌，然后進(jìn)行冷凍干燥處理，最后得到離子液體功能化的石墨烯。
[0027](2)將9mg離子液體功能化的石墨烯超聲分散在30ml去離子水中，經(jīng)過(guò)離心分離獲得上層穩(wěn)定的石墨稀懸浮液，質(zhì)量濃度為0.3mg/mL;向石墨稀懸浮液中加入913yL的苯胺(0.93g，摩爾濃度為0.33mol/L)，在0_5°C下攪拌混合均勻;將0.57g的過(guò)硫酸銨溶解于30ml摩爾濃度為2mol/L的高氯酸溶液中，過(guò)硫酸銨溶液的摩爾濃度為0.083mol/L，然后將該混合溶液迅速加入到石墨烯/苯胺混