[发明专利]氟化氧化石墨烯/聚合物复合材料、其制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及电极材料，尤其涉及一种氟化氧化石墨烯/聚合物复合材料、其制备方法及应用。

背景技术

自从英国曼彻斯特大学的安德烈·K·海姆(Andre K.Geim)等在2004年制备出石墨烯材料之后，石墨烯由于其独特的结构和光电性质受到了人们的广泛重视。石墨烯被誉为材料科学与凝聚态物理领域正在升起的“新星”，其所具有的许多新颖而独特的性质与潜在的应用正吸引了诸多科技工作者。

单层石墨烯具有大的比表面积，优良的导电、导热性能和低的热膨胀系数。如：1.高强度，杨氏摩尔量，(1,100GPa)，断裂强度：(125GPa)；2.高热导率，(5,000W/mK)；3.高导电性、载流子传输率，(200,000cm²/V*s)；4.高的比表面积，(理论计算值：2,630m²/g)。尤其是高导电性质、大的比表面性质和单分子层二维的纳米尺度的结构性质，石墨烯可在超级电容器和锂离子电池中用作电极材料。

另外，从中国专利CN101367516A中可知，杨全红等在真空度0.01Pa～10kPa下，将氧化石墨以5～50℃/min的升温速率升温到150～600℃进行高真空热处理，维持恒温0.5～20h，氧化石墨体积迅速膨胀，得到比表面积200～800m²/g，电化学比容量50～200F/g的氧化石墨烯材料。一般而言，氧化石墨烯中由于含有-C-OH、-C-O-C，甚至-COOH等基团，从而表现出较强的极性。干燥的氧化石墨烯在空气中的稳定性较差，很容易吸潮而形成水化氧化石墨烯。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术中氟化氧化石墨烯作为电极材料的缺陷，提供一种性能更加优良的氟化氧化石墨烯/聚合物复合材料。

本发明还要解决的技术问题在于，还提供一种氟化氧化石墨烯/聚合物复合材料的制备方法。

本发明进一步要解决的技术问题在于，还提供上述氟化氧化石墨烯/聚合物复合材料在制备电极中的应用。

为达成上述目的，依据本发明一方面，提供一种氟化氧化石墨烯/聚合物复合材料，包括氟化氧化石墨烯和沉积在所述氟化氧化石墨烯表面的聚3-(4-氟苯基)噻吩。

本发明所述的氟化氧化石墨烯/聚合物复合材料中，优选地，所述氟化氧化石墨烯由以下质量百分比的元素构成：

C 50～70％

F 0～50％

O 0～40％

H 0～3％，

其中，F、O和H的含量均不为0。

为达成上述目的，依据本发明另一方面，提供一种氟化氧化石墨烯/聚合物复合材料的制备方法，包括以下步骤：

①将氟化氧化石墨烯加入分散剂中超声分散，形成浓度为0.2～2g/L的悬浮液；

②在上述悬浮液中加入氧化剂，并超声分散，其中，氟化氧化石墨烯与氧化剂的质量比为1∶5～1∶50；

③在搅拌条件下向步骤②的混合液中加入3-(4-氟苯基)噻吩的分散剂溶液，并继续搅拌，其中，氟化氧化石墨烯与3-(4-氟苯基)噻吩的质量比为1∶0.5～1∶15；

④过滤步骤③的混合液得到产物，洗涤，真空干燥，即得氟化氧化石墨烯/聚合物复合材料。

本发明所述的氟化氧化石墨烯/聚合物复合材料的制备方法，优选地，所述氟化氧化石墨烯的制备方法为：将质量比为2∶1∶1的石墨粉、过硫酸钾和五氧化二磷加入70～90℃的浓硫酸中，搅拌、冷却、洗涤、干燥，将干燥产物加入0～20℃的浓硫酸中，并加入石墨粉3倍质量的高锰酸钾，保持混合物温度在20℃以下，之后30～40℃油浴1.5～3h，加入含有双氧水的去离子水，抽滤、洗涤、超声分散、再次抽滤、干燥，得氧化石墨烯，再与氟气于20～200℃下反应0.5～24h，即得氟化氧化石墨烯。

本发明所述的氟化氧化石墨烯/聚合物复合材料的制备方法，优选地，所述分散剂为氯仿、二氯甲烷、1，2-二氯乙烷、四氯化碳中的至少一种。

本发明所述的氟化氧化石墨烯/聚合物复合材料的制备方法，优选地，所述氧化剂为FeCl₃、(NH₄)₂S₂O₈、K₂S₂O₈、KMnO₄、K₂Cr₂O₇中的至少一种。