一种聚苯胺包覆的石墨烯@NiMn‑LDH复合电极材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于电极材料技术领域，具体为一种聚苯胺包覆的石墨烯@NiMn‑LDH复合电极材料及其制备方法。本发明专利技术制备过程包括：氧化石墨烯溶于去离子水进行超声；苯胺加入到分散剂中超声制备苯胺分散液；氧化石墨烯溶液与苯胺分散液混合超声；氧化石墨烯/苯胺混合液进行聚合反应得氧化石墨烯/聚苯胺粗品；向氧化石墨烯/聚苯胺粗品中加入镍源、锰源及调节剂进行水热反应；过滤洗涤并干燥，即得到聚苯胺包覆的石墨烯@NiMn‑LDH复合材料。该复合材料发挥了聚苯胺、石墨烯和镍锰层状双金属氢氧化物的电化学特点，具有比表面积大，导电性能好，比电容高等特点。

A polyaniline coated graphene @NiMn LDH composite electrode material and preparation method thereof

The invention belongs to the technical field of electrode materials, in particular to a polyaniline coated graphene @NiMn LDH composite electrode material and preparation method thereof. The preparation process of the invention includes: graphene oxide dissolved in deionized water by ultrasound; aniline added to the dispersant in the preparation of aniline ultrasonic dispersion; graphene oxide solution and aniline Dispersion Mixed ultrasound; graphene oxide / aniline mixed solution polymerization reaction of graphene oxide / polyaniline crude to graphene oxide; polyaniline / crude nickel manganese source, source and regulator for hydrothermal reaction; filtering and washing and drying to obtain the graphene @NiMn polyaniline coated LDH composite. The composite exhibits the electrochemical characteristics of polyaniline, graphene and nickel manganese layered double hydroxides, and has the characteristics of large specific surface area, good conductivity and high specific capacitance.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术具体涉及一种聚苯胺包覆的石墨烯@NiMn-LDH复合电极材料及其制备方法，属于电极复合材料

技术介绍
超级电容器，具有优于传统电容器和二次电池的电化学优点，具有比传统电容器高的能量密度，比二次电池高的功率密度和长的循环寿命。电极材料作为超级电容器的核心部件，决定着超级电容器电化学性能的优劣。目前研究的热点电极材料主要包括石墨烯等碳材料、过渡金属氧化物、导电聚合物材料。聚苯胺作为一种本征导电聚合物，其主链上具有共轭体系，可以通过掺杂而导电。聚苯胺凭借低成本、绿色无污染、强掺杂能力、高孔隙率、宽电势范围、可逆性好等特点，在制备超级电容器电极方面具有较好的应用，理论比电容高达2000Fg-1，成为在超级电容器电极材料中最受关注的导电聚合物之一。聚苯胺通过发生法拉第赝电容效应存储能量，在电极本征材料中发生氧化还原反应储存电荷。过渡金属氧化物具有的高能量密度和高比电容也在超级电容器领域备受关注。如MnO2、Co3O4、Fe3O4、CoFe2O4等过渡金属氧化物，但是其较低的导电率和不高的功率密度限制了其电化学性能的进一步提高。石墨烯作为超薄超轻的二维材料，凭借超高的比表面积和高强的电导率，成为超级电容器材料中的宠儿。聚苯胺主链上的共轭基团可以与石墨烯发生相互作用，如π-π共轭、静电作用，吸附在石墨烯表面，可以调控石墨烯表面的官能团数目与种类，提高电极材料的比电容；聚苯胺还可以通过包裹过渡金属氧化物进一步复合材料的比电容。
技术实现思路
为了提高超级电容器电极材料的电化学性能，本专利技术的目的是提供一种聚苯胺包覆的石墨烯@NiMn-LDH复合电极材料及其制备方法。本专利技术能解决现有层状双金属氢氧化物电极材料比电容不够高的问题，并增强其循环性能。本专利技术所提供的一种聚苯胺包覆的石墨烯@NiMn-LDH复合电极材料的制备方法，其制备原料包括：氧化石墨烯，苯胺，十二烷基苯磺酸钠，过硫酸铵，浓盐酸，硝酸镍，硝酸锰，尿素和氟化铵。本专利技术提供一种聚苯胺包覆的石墨烯@NiMn-LDH复合电极材料的制备方法，具体步骤如下：(1)氧化石墨烯/苯胺混合液中加入引发剂和无机酸，进行聚合反应，反应结束后，离心，滤饼用去离子水洗涤至流出液的pH到中性为止，得到氧化石墨烯/聚苯胺粗品；(2)向氧化石墨烯/聚苯胺粗品中加入硝酸镍，硝酸锰、氟化铵和尿素或六亚甲基四胺，进行超声；(3)将超声后的混合液转移至聚四氟乙烯不锈钢反应釜进行水热反应，反应结束后，过滤、洗涤、干燥得到聚苯胺包覆的石墨烯@NiMn-LDH复合电极材料。上述步骤(1)中，氧化石墨烯/苯胺混合液由氧化石墨烯水溶液和苯胺分散液混合得到；氧化石墨烯水溶液中，氧化石墨烯与去离子水的质量比为1:2～3:2；苯胺分散液由苯胺和分散剂按质量比为1:5～10:1混合得到，分散剂为十二烷基苯磺酸钠。上述步骤(1)中，氧化石墨烯/苯胺混合液中的氧化石墨烯和苯胺的质量比为1:10～5:1；引发剂为过硫酸铵；盐酸为浓盐酸。上述步骤(2)中，氧化石墨烯/聚苯胺粗品与硝酸镍的质量比为1:2～1:10；硝酸镍与硝酸锰的质量比为2:1～6:1；硝酸镍与尿素或六亚甲基四胺的质量比为1:1～5:1；硝酸镍与氟化铵的质量比为10:1～20:1；超声时间为1～2h。上述步骤(3)中，水热反应温度为160～180℃；水热反应时间为12～24h。上述步骤(3)中，干燥温度为30～60℃；干燥时间为12～18h。本专利技术还提供一种上述制备方法制得的聚苯胺包覆的石墨烯@NiMn-LDH复合电极材料。和现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：本专利技术制备的聚苯胺包覆的石墨烯@NiMn-LDH复合材料，聚苯胺成功包裹石墨烯@NiMn，包裹均匀，具有较高的比表面积。本专利技术制备的聚苯胺包覆的石墨烯@NiMn-LDH复合材料，作为超级电容器电极材料，表现优异的电化学性能。附图说明图1是实施例1所得的聚苯胺包覆的石墨烯@NiMn-LDH复合材料在10000倍和1000000倍下的扫描电镜图。图2是实施例2所得的聚苯胺包覆的石墨烯@NiMn-LDH复合材料在10000倍下的扫描电镜图。图3是实施例3所得的聚苯胺包覆的石墨烯@NiMn-LDH复合材料的XRD衍射图。图4是实施例4所得的聚苯胺包覆的石墨烯@NiMn-LDH复合材料通过电化学测试所得的循环伏安图。具体实施方式为了更具体地阐述本专利技术，下面通过具体实施例并结合附图对本专利技术进一步阐述，但并不限制本专利技术的范围。实施例1(1)将10mg氧化石墨烯加入到20mg去离子水中，并进行超声混合1h；(2)称取100mg苯胺单体加入到100mg分散剂十二烷基苯磺酸钠中，得到苯胺分散液；(3)将步骤(1)得到的石墨烯分散液与步骤(2)得到的苯胺分散液混合超声1h；(4)向步骤(3)得到的氧化石墨烯/苯胺混合液中依次加入引发剂过硫酸铵50mg，浓盐酸90mg，然后在0℃下，转速为300r/min搅拌12h进行聚合反应得到混合液，离心，所得滤饼用去离子水洗涤至流出液的pH至中性为止，得到氧化石墨烯/聚苯胺粗品；(5)取20mg氧化石墨烯/聚苯胺粗品，依次加入180mg硝酸镍，90mg硝酸锰，60mg尿素(或六亚甲基四胺)，18mg氟化铵进行超声1h；(6)将超声后的混合液转移至聚四氟乙烯不锈钢反应釜，于160℃下进行水热反应24h；(7)用乙醇和去离子水进行过滤洗涤，40℃下烘箱干燥12h得聚苯胺包覆的石墨烯@NiMn-LDH复合材料。按照此实施例方法所制得的聚苯胺包覆的石墨烯@NiMn-LDH复合材料，其在10000倍和1000000倍下的扫描电镜见图1，产物表现多层花片状结构，聚苯胺-石墨烯包裹了NiMn-LDH的表面。制备成超级电容器电极，以2mol·L-1KOH溶液作为电解液，Ag电极作为参比电极，泡沫镍作为对照电极，样品材料作为工作电极，测定其电化学性能，在电流密度为0.5Ag-1时，其比电容为1699.3Fg-1，在循环伏安测试中表现明显的氧化还原峰，代表赝电容效应；循环2000圈后的比电容为1609.23Fg-1，循环效率高达94.7％。实施例2(1)将20mg氧化石墨烯加入到20mg去离子水中，并进行超声混合2h；(2)称取140mg苯胺单体加入到500mg分散剂十二烷基苯磺酸钠中，得到苯胺分散液；(3)将步骤(1)得到的石墨烯分散液与步骤(2)得到的苯胺分散液混合超声2h；(4)向步骤(3)得到的氧化石墨烯/苯胺混合液中依次加入引发剂过硫酸铵50mg，浓盐酸100mg，然后在0℃下，转速为200r/min搅拌24h进行聚合反应得到混合液，离心，所得滤饼用去离子水洗涤至流出液的pH至中性为止，得到氧化石墨烯/聚苯胺粗品；(5)取150mg氧化石墨烯/聚苯胺粗品，依次加入260mg硝酸镍，130mg硝酸锰，100mg尿素(或六亚甲基四胺)，30mg氟化铵进行超声1h；(6)将超声后的混合液转移至聚四氟乙烯不锈钢反应釜，于180℃下进行水热反应18h；(7)用乙醇和去离子水进行过滤洗涤，40℃下烘箱干燥16h得聚苯胺包覆的石墨烯@NiMn-LDH复合材料。按照此实施例方法所制得的聚苯胺包覆的石墨烯@NiMn-LDH复合材料，其在10000倍下的扫描电镜本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚苯胺包覆的石墨烯@NiMn‑LDH复合电极材料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：(1)氧化石墨烯/苯胺混合液中加入引发剂和无机酸，进行聚合反应，反应结束后，离心，滤饼用去离子水洗涤至流出液的pH到中性为止，得到氧化石墨烯/聚苯胺粗品；(2)向氧化石墨烯/聚苯胺粗品中加入硝酸镍，硝酸锰、氟化铵和尿素或六亚甲基四胺，进行超声；(3)将超声后的混合液转移至聚四氟乙烯不锈钢反应釜进行水热反应，反应结束后，过滤、洗涤、干燥得到聚苯胺包覆的石墨烯@NiMn‑LDH复合电极材料。

【技术特征摘要】
1.一种聚苯胺包覆的石墨烯@NiMn-LDH复合电极材料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：(1)氧化石墨烯/苯胺混合液中加入引发剂和无机酸，进行聚合反应，反应结束后，离心，滤饼用去离子水洗涤至流出液的pH到中性为止，得到氧化石墨烯/聚苯胺粗品；(2)向氧化石墨烯/聚苯胺粗品中加入硝酸镍，硝酸锰、氟化铵和尿素或六亚甲基四胺，进行超声；(3)将超声后的混合液转移至聚四氟乙烯不锈钢反应釜进行水热反应，反应结束后，过滤、洗涤、干燥得到聚苯胺包覆的石墨烯@NiMn-LDH复合电极材料。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，氧化石墨烯/苯胺混合液由氧化石墨烯水溶液和苯胺分散液混合得到；氧化石墨烯水溶液中，氧化石墨烯与去离子水的质量比为1:2～3:2；苯胺分散液由苯胺和分散剂按质量比为1:5～10:1混合得到，分散剂为十二烷基苯磺...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩生，刘平，常兴，蔺华林，
申请(专利权)人：上海应用技术大学，
类型：发明
国别省市：上海;31