蒽醌基修饰复合电极材料及其制备方法和应用，以及包含该材料的电子元器件技术

本发明专利技术提供了蒽醌基修饰复合电极材料及其制备方法和应用，以及包含该材料的电子元器件。本发明专利技术方法中，通过将聚蒽醌前驱体加入到氧化石墨烯凝胶中并超声分散，获得蒽醌修饰的氧化石墨烯分散液。并以氧化石墨烯为氧化剂，采用水热法在高温高压条件下制备得到目标复合电极材料，具有制备方法简易、产量高，易于批量化生产等优点；同时，所制得的复合电极材料也具有良好的机械性能和电化学活性，并能够用于制备例如超级电容器等的电子元器件中。进一步的，所制得的电子元器件同样也具有优异的电学性能，并能够应用于各种环境中。

Anthraquinone base modified composite electrode material, preparation method and application thereof, and electronic component comprising the same

The invention provides an anthraquinone base modified composite electrode material, a preparation method and an application thereof, and an electronic component comprising the material. In the method of the invention, anthraquinone modified graphene oxide dispersions are obtained by adding anthraquinone precursors into the graphene oxide gel and by ultrasonic dispersion. And using graphene oxide as oxidant to synthesize the target composite electrode materials under high temperature by hydrothermal method has simple preparation process, high yield, easy mass production, etc.; at the same time, the composite electrode materials prepared with mechanical properties and good electrochemical activity, and can be used for preparation of electronic components such as super capacitor in. Furthermore, the resulting electronic components also have excellent electrical properties and can be applied in a variety of environments.

【技术实现步骤摘要】
蒽醌基修饰复合电极材料及其制备方法和应用，以及包含该材料的电子元器件
本专利技术涉及新型储能材料领域，具体而言，涉及蒽醌基修饰复合电极材料及其制备方法和应用，以及包含该材料的电子元器件。
技术介绍
超级电容器，也称为电化学电容器，是一种介于充电电池和电容器之间的新型储能器件，从第一件有关超级电容器的专利提出至今，已有半个多世纪的时间。与传统电容器相比，超级电容器具有能量高、密度高等特点，其电容量比常规电容器要高1－2个数量级；同时，与二次电池相比，超级电容器在功率和循环寿命上也有着很大的优势。因此，超级电容器在电力、交通、航天等领域有着广泛的应用前景，特别是随着绿色能源的推广和应用，作为能够与动力型锂离子电池联用的超级电容器也越来越受到更加广泛的关注。近年来，关于超级电容器的研究工作比较多，作为决定超级电容器性能关键因素的电极材料也自然成为研究的重中之重。现有的电极材料主要有以下几种：(1)使用单一的石墨烯或导电聚合物(例如将聚噻吩、聚苯胺、聚吡咯、聚蒽醌等)材料，用于制备超级电容器；(2)将聚噻吩、聚苯胺、聚吡咯等导电聚合物与石墨烯复合后，用于制备超级电容器；(3)电化学法化学法或化学共聚法制备蒽醌基与石墨烯复合材料，并用于超级电容器制备中。然而，现有的电极材料和/或其制备方法仍有较多的不足，例如：虽然采用电化学法反应生成的复合材料性能较好，但电化学反应效率较低，产物极少，当反应膜层较厚时，易脱落，造成反应提前结束；产物易与集电极脱落，失去电化学活性，难以大规模应用；同时，采用化学反应法、化学共聚法或者热熔法制备电极材料则反应步骤复杂，反应过程中废物较多，反应产物纯度相对较低，且对环境污染较为严重。进一步的，采用化学法制备的电极材料一般为固体材料(结块)，团聚很厉害，一般需要球磨等方法将其从块状物磨成粉状物。而这种粉磨的后处理方法一方面对导电聚合物的损伤较为严重，会大幅度降低导电聚合物的电化学特性，另一方面也难以制备得到具有纳米尺度的石墨烯基复合材料。有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的第一目的在于提供一种蒽醌基修饰复合电极材料的制备方法，本专利技术方法中，通过将氧化石墨烯与聚蒽醌前驱体混合，并以水热法制备得到目标复合电极材料，具有制备方法简易、产量高，易于批量化生产等优点；同时，所制得的复合电极材料也具有良好的机械性能和电化学活性。本专利技术的第二目的在于提供一种由本专利技术所述方法制得的蒽醌基修饰复合电极材料。本专利技术所提供的复合电极材料具有还原氧化石墨烯所形成的宏观三维立体结构；同时，在微观结构上，由于还原氧化石墨烯纳米片层表面还生成有聚蒽醌，因而也得到了聚蒽醌－还原氧化石墨烯－聚蒽醌的三明治结构(夹心结构)。进一步的，由于本专利技术复合电极材料中具有复合材料间的相互作用以及三维立体结构大比表面积特性，也使得本专利技术复合电极材料具有良好的电化学性能；同样的，由于三维立体结构使得本专利技术复合电极材料具有较好机械性能，而这也使得本专利技术复合电极材料具有优异的力学稳定性。本专利技术的第三个目的在于提供一种本专利技术蒽醌基修饰复合电极材料的应用。本专利技术复合电极材料具有良好的电化学性能和机械性能，因而能够用于制备例如超级电容器等的电子元器件中。本专利技术的第四个目的在于提供一种包含本专利技术蒽醌基修饰复合电极材料的电子元器件，由于所包含的功能性复合电极材料具有良好的电化学性能和机械性能，因而使得本专利技术所提供的电子元器件具有优异的电学性能，同时也能够应用于各种环境中。为了实现本专利技术的上述目的，特采用以下技术方案：一种蒽醌基修饰复合电极材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：取氧化石墨烯凝胶，加水后超声处理，得到氧化石墨烯分散液；取聚蒽醌前驱体，并将其溶解后超声处理，得到蒽醌溶液；将氧化石墨烯分散液与蒽醌溶液混合后，超声处理，得到混合溶液；然后，在混合溶液中加入催化剂，并继续搅拌混合，得到复合溶液；将复合溶液在水热条件下反应，得到蒽醌基修饰复合电极材料。可选的，本专利技术中，所述聚蒽醌前驱体为蒽醌和/或蒽醌衍生物。可选的，本专利技术中，所述催化剂为亚硝酸叔丁酯，亚硝酸正丁酯，磷钨杂多酸，或者二氧化硅－三氧化二铝固体催化酸中的一种或几种的混合催化剂。可选的，本专利技术中，所述催化剂与混合溶液中聚蒽醌前驱体的质量克数比为2：1～5：1。可选的，本专利技术中，在将氧化石墨烯分散液与蒽醌溶液混合的步骤中，氧化石墨烯分散液中氧化石墨烯的质量与蒽醌溶液中聚蒽醌前驱体的质量比例为1：20～20：1。可选的，本专利技术中，所述将复合溶液在水热条件下反应，为采用分阶段升温的方法进行水热反应；具体的，是先以1～5℃/min的升温速率升温至80～120℃；然后再以5～10℃/min的升温速率升温至反应设定温度，最后再在反应设定温度下恒温反应8～24h。同时，本专利技术还提供了由本专利技术所述方法制得的蒽醌基修饰复合电极材料。可选的，本专利技术中，所述蒽醌基修饰复合电极材料为三维立体结构；同时，所述材料具有聚蒽醌－还原氧化石墨烯－聚蒽醌的三明治层状微观结构。同样的，本专利技术还提供了所述蒽醌基修饰复合电极材料在制备电子元器件中的应用。进一步的，本专利技术也提供了包含所述蒽醌基修饰复合电极材料的电子元器件。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：(1)本专利技术制备方法简单、易制备，产量高，能够工业化大批量生产，同时，产物循环稳定性以及高温稳定性能良好；(2)本专利技术蒽醌基修饰复合电极材料综合性能优异，具有三维立体结构而且比表面积大，从而方便离子在活性材料/电解液界面进行吸脱附，能够提高活性材料的双电容特性；同时由于离子能够与导电聚合物聚蒽醌进行快速大面积的接触，也使得聚蒽醌能释放出更高的赝电容特性，并使得本专利技术复合电极材料具有较高的比容量。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，以下将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。图1为本专利技术一个实施例中所提供的复合溶液凝胶；图2为本专利技术一个实施例中所提供的加入反应釜中待水热反应的复合溶液；图3为本专利技术一个实施例中所提供的蒽醌基修饰复合电极材料产物；图4为本专利技术一个实施例中所提供的蒽醌基修饰复合电极材料产物的机械性能演示图；图5为本专利技术一个实施例中所提供的蒽醌基修饰复合电极材料产物SEM图。具体实施方式下面将结合实施例对本专利技术的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本专利技术，而不应视为限制本专利技术的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。本专利技术方法中，首先制备氧化石墨烯凝胶(采用改进的Hummer法，该方法已被业内广泛使用)和蒽醌溶液；然后，将一定量的蒽醌溶液、催化剂与一定量的氧化石墨烯凝胶充分均匀，保证多种物质的充分接触。再在水热条件下(高温高压)，将氧化石墨烯(GO)还原成具有三维立体结构的还原氧化石墨烯(RGO)，同时RGO纳米片表面聚合生成聚蒽醌材料，并形成微观具有聚蒽醌－RGO－聚蒽醌三明治结构，宏观具有立体三维结构的蒽醌基复合电极，具体步骤流程如下：1)取氧化石墨烯凝胶，加水后超声处理，得到氧化石墨烯分散液；此步骤中，优选的在氧化石墨烯凝胶中加入去离子水；同时，超声处理优选的在冰浴条件下进行，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种蒽醌基修饰复合电极材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：取氧化石墨烯凝胶，加水后超声处理，得到氧化石墨烯分散液；取聚蒽醌前驱体，并将其溶解后超声处理，得到蒽醌溶液；将氧化石墨烯分散液与蒽醌溶液混合后，超声处理，得到混合溶液；然后，在混合溶液中加入催化剂，并继续搅拌混合，得到复合溶液；将复合溶液在水热条件下反应，得到蒽醌基修饰复合电极材料。

【技术特征摘要】
1.一种蒽醌基修饰复合电极材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：取氧化石墨烯凝胶，加水后超声处理，得到氧化石墨烯分散液；取聚蒽醌前驱体，并将其溶解后超声处理，得到蒽醌溶液；将氧化石墨烯分散液与蒽醌溶液混合后，超声处理，得到混合溶液；然后，在混合溶液中加入催化剂，并继续搅拌混合，得到复合溶液；将复合溶液在水热条件下反应，得到蒽醌基修饰复合电极材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述聚蒽醌前驱体为蒽醌和/或蒽醌衍生物。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述催化剂为亚硝酸叔丁酯，亚硝酸正丁酯，磷钨杂多酸，或者二氧化硅－三氧化二铝固体催化酸中的一种或几种的混合催化剂。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述催化剂与混合溶液中聚蒽醌前驱体的质量克数比为2：1～5：1。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在将氧化石...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨文耀，唐可，夏继宏，李杰，高君华，武兆堃，张海洋，徐建华，杨邦朝，
申请(专利权)人：重庆文理学院，
类型：发明
国别省市：重庆,50