[发明专利]一种石墨烯/聚苯胺柔性电极的一步电化学制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种石墨烯/聚苯胺柔性电极的一步电化学制备方法，具体涉及一种以柔性塑料作为导电基片的石墨烯/聚苯胺柔性电极的一步电化学制备方法。

背景技术

电子产品的柔性化已经成为当前电子消费市场的时尚潮流。随着电子器件的小型化和轻便化发展，柔性光电子器件，如有机发光二极管、柔性平板显示器、轻质柔性超级电容器、柔性太阳能电池等，已经引起了越来越多研究者的关注。

传统的电极材料大多用导电玻璃衬底或金属基片，其中玻璃基体具有重量大，易破碎，运输不便等缺点，而金属基片同样存在密度大，不易弯折且不透光的问题，很大程度上限制其使用范围。因此，采用轻质透明的柔性导电塑料可以较好地解决这些问题。

目前使用的柔性电极为柔性铂电极，主要通过磁控溅射真空镀法或真空气相沉积法在柔性导电ITO塑料衬底上镀铂，但铂电极本身制造成本昂贵，工艺设备复杂；相对于导电玻璃基体，柔性塑料基体通常不耐高温，制作时必须要降低镀铂的处理温度，导致铂与塑料基体之间的结合力较差。故而大大限制了柔性光电子器件技术在产业化中的快速发展，因此急需寻求一些可替代的新型柔性电极材料。

聚苯胺是一种环境稳定性较好的共轭导电聚合物。具有低成本、高化学稳定性且制备工艺简单等优点，已广泛应用于超级电容器、锂电池、有机光致发光材料以及有机薄膜太阳能电池材料等领域。经过长期国内外大量研究工作，人们开发出许多制备聚苯胺柔性电极的方法。比如乳液聚合-萃取法制备杂态聚苯胺溶液在柔性基片上旋涂成膜；利用化学氧化吸附聚合方法在柔性PET基板上制备出具有良好导电性的聚苯胺薄膜电极，此电极代替ITO玻璃，应用在电致发光器件研究中。目前开始致力于研究通过与纳米碳材料复合，发挥复合材料的优势，改善单一电极的电化学活性。石墨烯是一种碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的新型纳米碳材料，具有极好的结晶性和电化学性能，其电阻率只约10^-6 Ω·cm，将其与聚苯胺的复合材料应用于电极中能显著提高电极的导电效率。同时石墨烯与聚苯胺都具有共轭结构，可以体现出两者良好的共轭效应与协同作用，因此以石墨烯掺杂聚苯胺，在柔性导电基片上通过一步电化学制备石墨烯修饰聚苯胺电极，可进一步提高电极的电导率，优化柔性电极的催化性能，推动了新型柔性电极材料实际应用化的进程。

发明内容

本发明的目的是针对传统电极材料中玻璃基体重量大、易破碎和运输不便等缺点而提供一种以柔性塑料作为导电基片的石墨烯/聚苯胺柔性电极的一步电化学制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种石墨烯/聚苯胺柔性电极的一步电化学制备方法，步骤如下：

（1）将石墨烯纳米片加入分散剂中超声分散0.1～12h，形成均匀分散，浓度为0.1～50g/L的石墨烯分散液；

（2）将苯胺单体和酸性溶液依次加入步骤（1）所得的石墨烯分散液，再次超声分散0.1～12h，配制成均匀的混合电解质溶液；

（3）选取柔性导电基片作工作电极，铂片电极作对电极，饱和甘汞电极作参比电极，以无水乙醇、去离子水依次清洗三电极，干燥待用；

（4）将三电极置于步骤（2）所得的混合电解质溶液中，持续磁力搅拌；采用三电极体系，在工作电极表面通过一步电化学法电沉积聚苯胺，同时石墨烯纳米片掺入聚苯胺膜层，形成石墨烯/聚苯胺复合薄膜，所述的一步电化学法包括恒电位法，设置阳极电位为0.8～2.4 V，聚合时间为100～2000 s；恒电流法，设置阳极电流为0.1～10mA/cm²，聚合时间为100～2000 s；循环伏安法，设置控制电位在-0.2～2.0 V，扫描速率为10～200 mV/s，循环扫描次数为100～2000次；

（5）取出工作电极，依次用无水乙醇、去离子水洗涤，在40～100℃真空干燥处理10～100h，最终获得一种石墨烯/聚苯胺柔性复合电极材料。

其中，步骤（3）中的柔性导电基片为透明导电PET塑料、导电PBT塑料、导电PEN塑料、导电PC塑料、导电PMMA塑料、导电PI塑料。

所述步骤（1）中分散剂为去离子水、无水乙醇、乙二醇、异丙醇或丁醇。

所述步骤（2）中苯胺单体与石墨烯的质量比为100:1～1:10。

所述步骤（2）中酸性溶液为硫酸、盐酸或高氯酸。

所述步骤（2）中酸性溶液以电解质溶液为基准的浓度为0.1～2mol/L。

所述步骤（3）中柔性导电基片方块电阻值≤200Ω/□。