[发明专利]一种钼基多酸/聚苯胺/氧化石墨烯三元复合材料及其制备方法和用途

说明书

本发明提供了一种钼基多酸/聚苯胺/氧化石墨烯三元复合材料及其制备方法和在电化学超级电容器上的应用。本发明采用原位合成方法制备氧化石墨烯/聚苯胺阵列，将其分散于水中后向其中加入钼基多酸，通过静电组装制备钼基多酸/聚苯胺/氧化石墨烯三元复合材料。本发明实现了多酸导电聚合物以及氧化石墨烯多元材料的有序组装，拓展了多酸基复合材料的电化学应用领域。所制得的三元复合材料在纳米级别可控，同时利用氧化石墨烯/聚苯胺阵列上的聚苯胺与多酸的静电作用，实现了多酸的固载化。通过调节多酸的种类，可以得到一系列不同的三元复合材料，作为电极材料，应用于电化学超级电容器中。

技术领域

本发明属于无机-有机复合材料技术领域，特别涉及一种钼基多酸/聚苯胺/氧化石墨烯三元复合材料及其制备方法和在电化学超级电容器上的应用。

背景技术

多金属氧酸盐(Polyoxometalates，简称POMs)简称多酸，经过近两个世纪的发展，多酸研究取得了长足的发展和进步。合成方法上，多酸由最初发现时的无目的及不可控性合成向以构筑基元为策略的有序组装及可控合成发展，使得多酸合成进入了分子剪裁和组装阶段；从对稳定氧化态化合物的合成、研究，发展到了关于组装亚稳态和变价化合物的合成、研究及应用；从对单一简单结构的研究到以其作为基本单元的修饰化和拓展结构设计、研究及应用，从而突破了原本简单多酸结构的范畴，并发掘出了大量具有特殊结构和功能性质的多酸及多酸基化合物。多酸因其良好的性质与有机、生物及分析化学、材料科学和能源科学等交叉渗透，有效推动了其它衍生分支学科的发展。

近年来，由于石墨烯及其衍生物具有较大的比表面积、优异的电子传导能力、良好的机械强度以及热稳定性，其在光、电、磁、热等方面有着非常广阔的应用前景。其中，化学修饰石墨烯由于可调变种类多，其可广泛应用于产发射晶体管、生物探针、储能材料以及聚合物复合材料制备等方面。因此，作为化学修饰石墨烯中的重要一员，氧化石墨烯是一类潜在的优异的储能材料。

导电聚合物具有独特的共轭结构、灵活性、多样性、成本低和易加工等特点，使其在显示器、传感器、生物医药和电子器件等方面得到广发的应用。聚苯胺是一类最优应用前景和有发展潜能的导电聚合物，因为聚苯胺的高的导电性、独特的掺杂性能、原料易得和好的环境稳定性，使其在太阳能电池、超级电容器、电子变色期间和传感器方面有广发的应用。因此，聚苯胺导电聚合物一直是科学家关注和研究的热点。

发明内容

本发明的目的是将钼基多酸、聚苯胺和氧化石墨烯通过原位合成和静电负载技术合成三元复合电极材料并且应用于电化学超级电容器电极材料。POMs、PANi 和GO组装的次序不同对其作为超级电容器的电极材料的性能有着很大的影响，制备的三元复合材料的次序对于作为超电容的电极材料的性能有了很大的提升， GO/PANi-PMo₁₂在1A/g的电流密度下其比容量可以达到1071F/g。本发明采用了在GO/PANi阵列上静电负载多酸合成了三元复合材料并研究了其在电化学超级电容器的应用研究。

一种钼基多酸/聚苯胺/氧化石墨烯三元复合材料，钼基多酸与聚苯胺/氧化石墨烯阵列的质量比为0.3-0.6：1，聚苯胺阵列高度为50nm-100nm。

进一步的，所述钼基多酸为Keggin型多酸，其分子式为H_3+xPMo_12-xV_xO₄₀，其中x＝0,1,2,或3中的任意一个。

一种钼基多酸/聚苯胺/氧化石墨烯三元复合材料的制备方法，包括如下步骤：

1)原位合成法制备聚苯胺/氧化石墨烯阵列：将氧化石墨烯分散于HClO₄溶液和乙醇的混合液中，加入苯胺单体后，在(-20)-(-5)℃下加入过硫酸铵诱导聚合，得到聚苯胺/氧化石墨烯阵列；