本发明专利技术涉及一种石墨烯/吡咯聚合物超级电容器电极材料的制备方法，步骤如下：a.将氧化石墨烯的N-甲基吡咯烷酮溶液和多溴代吡咯的乙醇溶液混合，在惰性气体保护下，低温搅拌，得混合液A；b.在搅拌条件下，将溶液A微波辐照，得混合液B；c.将混合液B进行固液分离，所得固体真空干燥后置于惰性气体氛中，热处理，得石墨烯/吡咯聚合物超级电容器电极材料。本发明专利技术以氧化石墨烯和多溴代吡咯为原料，通过吸附、微波辐照和热处理相结合的技术，制备了一种氮元素含量高、石墨化程度高、比表面积较大、具有微孔特征和分级结构的石墨烯/吡咯聚合物超级电容器电极材料。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种石墨稀/ P比略聚合物超级电容器电极材料的制备方法，属于纳米 复合材料和超级电容器电极材料制备
技术介绍
石墨烯具有比表面积大、柔性好、电导率高、热/化学稳定性好、工作电压视 窗宽和表面官能团丰富等特点，被认为是一种极具潜力的超级电容器电极材料（Wu，z. S. ；Zhou, G. ；Yin, L. C. ；Ren, ff. ；Li, F. ；Cheng, H. M. Graphene/Metal Oxide Composite Electrode Materials for Energy Storage. Nano Energy 2012, I, 107 - 131. ) 〇 但是，由 于纳米材料的表面与界面效应，石墨烯片层之间很容易堆叠/聚集，致使未经改性或修饰 的石墨烯的比表面积显著降低，电解液不能和石墨烯片层充分接触，最终导致石墨烯的实 际比容量十分有限（通常低于100F g^1)，远低于其理论比容量（550F g4)。 为了提高石墨烯的电化学性能，科研工作者发展了多种方法，主要包括：（1)将 石墨烯进行化学活化，以提高其比表面积、改善其孔分布；（2)在石墨烯片层之间引入隔 离剂以抑制其堆叠；（3)设计合成具有褶皱或三维结构的石墨烯；(4)往石墨烯SP 2-杂 化的碳网络结构中引入杂原子以调变其电子结构、增加其润湿性；（5)将石墨烯和其 它电化学活性材料复合，利用不同组分之间的协同效应，最大程度地提高复合材料的 电化学性能（Lin，Y. ;Han，X. ;Campbell，C.J. ;Kim，J._W. ;Zhao，B. ;Luo，W. ;Dai，J.; Hu, L. ；Connell, J. ff. Holey Graphene Nanomanufacturing:Structure,Composition,a nd Electrochemical Properties.Adv.Funct. Mater. 2015, 25, 2920 - 2927 ；Zhao,J.； Lai, H. ；Lyu, Z. ；Jiang, Y. ；Xie, K. ；ffang, X. ；ffu, Q. ；Yang, L. ；Jin, Z. ；Ma, Y. ；Liu, J.； Hu, Z. Hydrophilic Hierarchical Nitrogen-Doped Carbon Nanocages for Ultrahigh Supercapacitive Performance. Adv. Mater. 2015, 27, 3541 - 3545 ；Raccichini, R.； Varzi, A. ；Passerini, S. ；Scrosati, B. The Role of Graphene for Electrochemical Energy Storage. Nat. Mater. 2015, 14, 271 - 279.)〇 多溴代吡咯聚合物是一种具有三维网络结构的新型含氮聚合物（中国专利文 献CN104201009A)，它比表面积小、振实密度高，在低电流密度下具有较高的体比容量和 循环稳定性；但是，在较高电流密度下（>1A g^1)，其比容量和循环稳定性并不理想。例 如，在三电极体系中，IA g^1下的质比容量为238F g'经过2100圈循环后，容量保持率 为88.2%;在两电极体系中，0.5A g_i下的质比容量为189F g+1，经过2000圈循环后， 容量保持率为 77. 4 % (Wang, S. ;Gai，L. ;Zhou，J. ;Jiang, H. ;Sun，Y. ;Zhang，H. Thermal Cyclodebromination of Polybromopyrroles to Polymer with High Performance for Supercapacitor. J. Phys. Chem. C 2015, 119, 3881 - 3891.) 对于碳基超级电容器，目前研宄的热点和难点之一是在保持其较高功率密度的前 提下，如何提高其能量密度。根据电容器能量密度（E)的计算公式： 上式中，Csingle为超级电容器单电极的质比容量（F g Ceell为超级电容器的 质比容量（F g_〇, AV为电容器的工作电压视窗（V);提高电容器的能量密度，不外乎 提高电容器的比容量和增加电容器的工作电压视窗两种途径。由于水系电解液中水的 理论分解电压为1.23V，因此在实际操作中，水系对称电容器的工作电压视窗一般不超 过IV。有研宄发现，掺杂杂原子的碳材料在Imol IZ1H2SO4溶液中的工作电压视窗可提 高至 L 5V (Hulicova-Jurcakova, D. ；Puziy, A. M. ；Poddubnaya, 0.1 . ；Sudrez-Garcla, F.； Tascon, J. M. D. ；Lu,G.Q.Highly Stable Performance of Supercapacitors from Phosphorus-Enriched Carbons. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131，5026 - 5027.)，但其比容量仍 然较低，IA g-1下单电极的质比容量为220F g-1。因此，只有同时提高电极材料的比容量和 工作电压视窗，才能大幅提高水系对称电容器的能量密度，这一点是目前关于超级电容器 电极材料的研宄难点。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的不足，提供一种石墨烯/吡咯聚合物超级电容器电极材料 的制备方法，利用该方法获得的石墨烯/吡咯聚合物复合材料具有出色的比容量、倍率性 能和循环稳定性；由制得的石墨烯/吡咯聚合物复合材料组装的水系对称超级电容器在保 持较高功率密度的前提下，具有较高的能量密度。 ，其特征在于，步骤如 下： a.将氧化石墨烯（GO)的N-甲基吡咯烷酮（NMP)溶液和多溴代吡咯（PBPs)的乙 醇溶液混合，在惰性气体保护下，低温搅拌1~4h，得混合液A ; 所述混合液A中，氧化石墨烯的浓度为0. 5~Img ml/1，多溴代吡咯的浓度为7~ 42mmo1 L S b.在搅拌条件下，将溶液A在180~200°C条件下，微波辐照0. 1~lh，微波功率 为200~500W，得混合液B ; c.将混合液B进行固液分离，所得固体真空干燥后置于惰性气体氛中，于450~ 600°C热处理6~12h，得石墨烯/吡咯聚合物超级电容器电极材料。 根据本专利技术优选的，所述步骤a中的氧化石墨稀（GO)为根据改进的Hummers法制 备的氧化石墨稀（Hummers, W.S. ;0ffeman，R.E. Preparation of Graphitic Oxide. J. Am. Chem. Soc. 1958, 80, 1339.) 〇 根据本专利技术优选的，所述步骤a中的多溴代吡咯（PBPs)为根据已公开的专利技术专利 申请（CN 104201009 A)制备的多溴代吡咯混合物。 根据本专利技术优选的，所述步骤a中的搅拌速率为200~400r mirT1。 根据本专利技术优选的，所本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种石墨烯/吡咯聚合物超级电容器电极材料的制备方法，其特征在于，步骤如下：a.将氧化石墨烯的N‑甲基吡咯烷酮溶液和多溴代吡咯的乙醇溶液混合，在惰性气体保护下，低温搅拌1～4h，得混合液A；所述混合液A中，氧化石墨烯的浓度为0.5～1mg mL–1，多溴代吡咯的浓度为7～42mmol L–1；b.在搅拌条件下，将溶液A在180～200℃条件下，微波辐照0.1～1h，微波功率为200～500W，得混合液B；c.将混合液B进行固液分离，所得固体真空干燥后置于惰性气体氛中，于450～600℃热处理6～12h，得石墨烯/吡咯聚合物超级电容器电极材料。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：盖利刚，王守志，姜海辉，
申请(专利权)人：齐鲁工业大学，
类型：发明
国别省市：山东;37
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