[发明专利]一种聚苯胺修饰的石墨烯薄膜的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种聚苯胺修饰的石墨烯薄膜的制备方法及其应用。该制备方法包括如下步骤：(a)氧化石墨烯薄膜的制备：采用溶剂挥发自组装的方法制备氧化石墨烯薄膜；(b)氧化石墨烯薄膜的还原：在高压反应釜中利用水合肼蒸汽将步骤(a)制备得到的氧化石墨烯薄膜还原成石墨烯薄膜；(c)聚苯胺修饰的石墨烯薄膜的制备：利用电化学的方法将聚苯胺聚合于步骤(b)石墨烯薄膜材料表面，得聚苯胺修饰的石墨烯薄膜。本发明制备得到的聚苯胺修饰的石墨烯薄膜具有大面积自支撑，且电学性能优良的优点，且其制备方法简便、快捷、成本低，适合大规模生产。

技术领域

本发明属于电容器电极技术领域，涉及一种聚苯胺修饰的石墨烯薄膜的制备方法及其应用。

背景技术

石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料，是一种由碳原子组成六角形呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料。石墨烯是已知的世上最薄、最坚硬的材料，它几乎是完全透明的，只吸收2.3％的光，导热系数高达5300W/m·K，高于碳纳米管和金刚石，常温下电子迁移率超过15000cm²/V·S，比纳米碳管或硅晶体高，而电阻率只有约10-8Ω·m，比铜或银更低，为世上电阻率最小的材料。石墨烯是零带隙半导体，其载流子迁移率比硅高100倍，在室温下具有微米级自由程和大的相干长度，是纳米电路的理想材料。此外，石墨烯还具有完美的量子隧道效应及半整数的量子霍尔效应等一系列性质。这些优良的性能使得石墨烯在纳米电子器件、气体传感器、电池、超级电容器和储氢方面及纳米复合材料等领域有光明的应用前景。

以石墨烯水溶液为原料制备石墨烯薄膜的方法灵活多样，石墨烯薄膜可以沉积或转移到不同的基底上，如SiO₂/Si、玻璃、石英、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯等。由于氧化石墨烯已经实现宏量制备，而且在水中具有良好分散性。因此，目前许多研究大都以氧化石墨烯为原料来制备石墨烯薄膜。

常见的石墨烯薄膜的制备方法包括：旋转涂覆法、真空抽滤法、喷涂沉积法、液相电泳沉积和气液面自组装等。Niu等人(Niu Z.Q.,Chen J.,Hng H.H.,Ma J.,Chen X.D.,Adv.Mater.,2012,24(30),4144-4150)首先将超声处理得到的氧化石墨烯分散液通过真空抽滤制得纸质材料，再用水合肼蒸气还原制备出石墨稀薄膜。虽然真空抽滤来制备石墨烯薄膜的研究较多，但这一方法存在抽滤过程能耗高、周期长且产品面积较小，不适合工业化生产，难以制备大面积的石墨烯薄膜。中国专利公开CN104961124A公开了一种石墨烯薄膜的制备方法，其将覆盖有氧化石墨烯薄膜的基底，通过电化学还原的方法将氧化石墨烯薄膜还原成石墨烯薄膜，但该方法采用电化学还原成本高，且石墨烯薄膜与基底的分离步骤繁琐，不利于大规模生产。

此外，单纯的石墨烯材料用于超级电容器电极材料时存在比容量不高的情况。而聚苯胺主链上带有共轭基团，可与石墨烯发生静电，π-π共轭及氢键作用，通过对石墨烯表面官能团种类和数目进行调控，进一步增加石墨烯的比电容。

综上，基于现有技术中的不足，本发明开发了一种聚苯胺修饰的石墨烯薄膜的制备方法，并进一步将该薄膜用于电极材料。本发明的石墨烯薄膜具有大面积自支撑，且电学性能优良的优点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种聚苯胺修饰的石墨烯薄膜的制备方法。本发明制备得到的聚苯胺修饰的石墨烯薄膜具有大面积自支撑，且电学性能优良的优点，且其制备方法简便、快捷、成本低，适合大规模生产。

为了实现上述目的，本发明提供了一种聚苯胺修饰的石墨烯薄膜的制备方法，包括如下步骤：

(a)氧化石墨烯薄膜的制备：采用溶剂挥发自组装的方法制备氧化石墨烯薄膜；

(b)氧化石墨烯薄膜的还原：在高压反应釜中利用水合肼蒸汽将步骤(a)制备得到的氧化石墨烯薄膜还原成石墨烯薄膜；