用于超级电容器的石墨烯/TiO2NPs复合电极材料的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种用于超级电容器的石墨烯/TiO2NPs复合电极材料的制备方法。本发明专利技术利用GO与SDS混合，通过一定的配比，一定的改性分散手段，能够有效的提高分散效果，获得高分散的表面带负电荷的改性GO。利用TiO2NPs与氨基化改性剂经过一定的改性手段，会形成表面带正电荷的TiO2。将这两者在溶剂中混合，通过正负电荷的静电吸引，可形成规律紧密结合。在在一定条件下进行水热反应，形成石墨烯/TiO2NPs复合电极材料。减少了两材料的自团聚，提高复合率，从而提高其比容量。从而提高其比容量。

【技术实现步骤摘要】
用于超级电容器的石墨烯/TiO
2 NPs复合电极材料的制备方法
(一)

[0001]本专利技术涉及用于超级电容器的石墨烯/TiO
2 NPs复合电极材料的制备方法。
(二)
技术介绍

[0002]石墨烯是现如今碳材料中发现的最薄、物理强度最大、高比表面积(2600m2/g)以及强导电性能的一种物化性能优异的材料，是比较好的超级电容器材料，。但在应用中，石墨烯片通常会由于范德华作用而团聚或重新堆积，从而导致表面积和电容的大大损失。
[0003]氧化钛、氧化锰、氧化钴等金属氧化物是常见的赝电容器电极材料。而TiO2相对于其他过渡金属氧化物的优点：绿色无污染、低成本容易获得、耐酸碱性好、长期化学稳定性。但过渡金属氧化物都有着导电性差的缺点。
[0004]将这两者复合一方面可以使石墨烯团聚减小，从而增加其双电层电容量；一方面可以增加TiO2的导电性，增加其赝电容量。然而，普通的复合方法常为非定向的复合，常导致石墨烯和纳米TiO2各自团聚，达不到更好的比容量，增加两者之间的复合程度，是亟需解决的方法。
(三)
技术实现思路

[0005]针对现有技术中石墨烯/TiO
2 NPs复合材料复合效果不好，各自团聚导致比容量不高，本专利技术旨在提供一种用于超级电容器的石墨烯/TiO2NPs复合电极的制备方法。
[0006]本专利技术采用的技术方案是：
[0007]用于超级电容器的石墨烯/TiO
2 NPs复合电极材料的制备方法，所述方法包括:
[0008](1)将一定量的SDS加入到GO水溶液中，超声搅拌至溶液均匀分散，获得改性后的GO溶液；其中，所述GO与SDS的质量比为1～30:1；
[0009](2)称取纳米TiO2粉末于无水乙醇中，加入氨基化试剂，80～150℃搅拌回流0.5～5h，得到改性后的TiO2；
[0010](3)将改性后的TiO2加入到步骤(1)的GO溶液中，超声搅拌混合均匀，转入聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，100～250℃水热反应8～48h，冷却后洗涤，真空冷冻5～20h，得到所述石墨烯/TiO
2 NPs复合电极材料。
[0011]专利技术人经过大量的实验探索后发现，利用GO与SDS(十二烷基硫酸钠)混合，通过一定的配比，一定的改性分散手段，能够有效的提高分散效果，获得高分散的表面带负电荷的改性GO。利用TiO
2 NPs与氨基化改性剂(3
‑
(氨丙基)三甲氧基硅烷、3
‑
(氨丙基)三乙氧基硅烷)经过一定的改性手段，会形成表面带正电荷的TiO2。将这两者在溶剂中混合，通过正负电荷的静电吸引，可形成规律紧密结合。在在一定条件下进行水热反应，形成石墨烯/TiO
2 NPs复合电极材料。
[0012]步骤(1)中GO溶液的浓度为0.1～10mg/mL。
[0013]步骤(2)中氨基化试剂为(3
‑
(氨丙基)三甲氧基硅烷或3
‑
(氨丙基)三乙氧基硅烷)，加入量为每100mL乙醇中加入0.5～5mL氨基化试剂。
[0014]步骤(3)改性后的TiO2中TiO2与GO质量之比为1:1～20。
[0015]步骤(1)中所述GO按如下方法获得：(1)往鳞片石墨中，缓慢依次加入浓硫酸，过硫酸钾，五氧化二磷，于70～80℃油浴中加热搅拌反应5～6h，将得到的预产物抽滤洗涤，真空干燥，得到预氧化石墨；(2)将预氧化石墨加入烧杯中，加入硝酸钠，浓硫酸，在冰水浴中缓慢加入高锰酸钾，再在40℃(精确控温)水浴中搅拌反应1～2h，将反应后得的混合物放入冰水浴中，边搅拌边分别加入去离子水与30％双氧水，得到橙黄色的混合液体，将所混合液离心、洗涤直至离心完后的上层清液PH≈7，将下层沉淀的氧化石墨与去离子水混合，超声剥离，之后将分散液离心分离出未完全剥离的石墨，取上层液体冻干，得到氧化石墨烯。
[0016]具体方法可如下：称取1g的鳞片石墨，置于100mL烧杯中，缓慢依次加入12mL浓硫酸，5g过硫酸钾，5g五氧化二磷。将烧杯放置于80℃油浴中加热搅拌反应6h。将得到的预产物用大量的去离子水抽滤洗涤，直至预产物PH≈7，再将其于60℃真空干燥，得到预氧化石墨。第二步将预氧化石墨加入于250mL烧杯中，加入0.8g硝酸钠，34mL浓硫酸，在冰水浴中边搅拌边缓慢加入5g高锰酸钾。再使其在40℃(精确控温)水浴中搅拌反应2h。将反应后得的混合物放入冰水浴中，边搅拌边分别加入100mL的去离子水与4mL双氧水(30％)，得到橙黄色的混合液体，将所得到的混合液体使用大量去离子水通过离心的方法进行若干次洗涤，直至离心完后的上层清液PH≈7。将下层沉淀的氧化石墨与一定的去离子水混合，超声剥离5h。之后将分散液通过离心6min，转速为6000r
·
min
‑1分离出未完全剥离的石墨，取上层液体，即为氧化石墨烯(GO)水分散液。最后将氧化石墨烯水分散液在
‑
78℃的条件下冻干处理24h，最终得到氧化石墨烯。
[0017]本专利技术还涉及一种石墨烯/TiO
2 NPs复合电极材料，由上述方法制备获得。
[0018]本专利技术所述的复合材料通过电化学工作站中测试其恒电流充放电性能，循环伏安测试；通过扫描电镜(SEM)对所得复合材料的形貌进行表征。从性能和材料形貌上证实表面材料电容量的提高。
[0019]与现有的制备流程相比，本专利技术的有益效果主要体现在：
[0020](1)本专利技术通过SDS表面改性剂提高复合材料石墨烯的分散性，减少其自团聚，提高双电层电容。
[0021](2)将纳米TiO2表面氨基化，防止其自团聚，提高了TiO2的赝电容。
[0022](3)用SDS表面改性剂改性的石墨烯是具有负电性的，表面氨基化的纳米TiO2是带正电性的，两材料表面所带的正负电性能促进两材料之间的复合。减少两材料的自团聚，提高复合率，从而提高其比容量。
(四)附图说明
[0023]图1为复合材料的SEM图，(a)(b)为实施例1的SEM图，(c)、(d)分别为对比实施例1、2的SEM图。
[0024]图2为实施例1所得复合材料的循环伏安图。
[0025]图3分别为实施例1(a)、对比实施例1(b)、对比实施例2(c)在1A/g电流密度下测试的恒电流充放电性能。
(五)具体实施方式
[0026]下面结合具体实施例对本专利技术进行进一步描述，但本专利技术的保护范围并不仅限于此：
[0027]实施例1：
[0028]将石墨用改进hummers法制备成GO备用：称取1g的鳞片石墨，置于100mL烧杯中，缓慢依次加入12mL浓硫酸，5g过硫酸钾，5g五氧化二磷。将烧杯放置于80℃油浴中加热搅拌反应6h。将得到的预产物用大量的去离子水抽滤洗涤，直至预产物PH≈7，再将其于60℃真空干燥，得到预氧化石墨。第二步将预氧化石墨加入于250mL烧杯中，加入0.8g硝本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.用于超级电容器的石墨烯/TiO
2 NPs复合电极材料的制备方法，所述方法包括:(1)将SDS加入到GO水溶液中，超声搅拌至溶液均匀分散，获得改性后的GO溶液；其中，所述GO与SDS的质量比为1～30:1；(2)称取纳米TiO2粉末于无水乙醇中，加入氨基化试剂，80～150℃搅拌回流0.5～5h，得到改性后的TiO2；(3)将改性后的TiO2加入到步骤(1)的GO溶液中，超声搅拌混合均匀，转入聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，100～250℃水热反应8～48h，冷却后洗涤，真空冷冻5～20h，得到所述石墨烯/TiO
2 NPs复合电极材料。2.权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(1)中GO溶液的浓度为0.1～10mg/mL。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(2)中氨基化试剂为(3
‑
(氨丙基)三甲氧基硅烷或3
‑
(氨丙基)三乙氧基硅烷)，加入量为每100m...

【专利技术属性】
技术研发人员：张诚，许林铁，刘军磊，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：