[发明专利]一种球形聚苯胺/石墨烯复合膜材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种球形聚苯胺/石墨烯复合膜材料及其制备方法与应用。首先通过乳液聚合法制备一种三维的球形聚苯胺，然后将氧化石墨烯、球形聚苯胺和还原剂按100：10～100：10质量比加入溶剂并进行混合，60‑100℃下反应2‑8小时，得到导电复合膜。三维的球形聚苯胺作为石墨烯片层的填充物，增大了石墨烯片层间距，增强了离子渗透和电荷转移能力，同时作为赝电容材料可提高石墨烯的电化学性能，也弥补了聚苯胺电极材料本身的循环性能差的缺点。本发明简化了工艺流程，球形聚苯胺填充物含量可调，石墨烯片层间距可控，减少了其片层无规堆砌，提高了复合电极的电化学性能。

技术领域

本发明属于复合电极材料领域，具体涉及一种球形聚苯胺/石墨烯复合膜材料及其制备方法与应用。

背景技术

聚苯胺是一种导电高分子，由于其合成简单，成本低，导电率高，能量密度高，是最有前景的赝电容材料之一。但是在实际应用中，长时间的充放电导致聚苯胺分子的收缩和膨胀，从而影响其循环寿命。为弥补这一缺点，人们常常采用双电层电容电极材料进行复合。双电层电容电极材料主要是碳材料，具有优异的物理化学稳定性和循环稳定性。其中石墨烯具有优异的导电性和高的比表面积常作为理想的双电层电容电极材料。由于聚苯胺与石墨烯易发生π-π共轭，减少了石墨烯的比表面积。此外，石墨烯片层之间由于范德华力的作用，本身易发生堆叠和聚集，影响其复合材料的电化学性能。在石墨烯表面直接聚合聚苯胺，其结构形貌也难以控制。同时聚苯胺具有不同的微观形貌比如纤维状，球形，花形等，对电容有着重要的影响。

发明内容

为解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种球形聚苯胺/石墨烯复合膜材料的制备方法。

将一种三维的球形聚苯胺作为石墨烯片层的填充物，同时作为赝电容材料来增强石墨烯的电化学性能，也弥补了聚苯胺电极材料本身的循环性能差的缺点，制备的球形聚苯胺/石墨烯复合膜材料具有夹层填充结构，有利于增强离子渗透和电荷转移，同时具有高的比质量电容和循环寿命。

本发明的另一目的在于提供上述方法制得的一种球形聚苯胺/石墨烯复合膜材料。

本发明的再一目的在于提供上述一种球形聚苯胺/石墨烯复合膜材料在电池、电容电极材料和传感器中的应用。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种球形聚苯胺/石墨烯复合膜材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将质量比为1：(1-10)：(0.01-0.05)的苯胺、苯酚和乳化剂加入溶剂中，混合并搅拌溶解，加入氧化剂，反应12-48小时，得到球形聚苯胺；

(2)将质量比为100：(10-100)：10的氧化石墨烯、球形聚苯胺和还原剂加入溶剂中，混合均匀，然在60-100℃反应2-8小时，得到球形聚苯胺/石墨烯复合膜材料。

步骤(1)所述反应温度优选为0-5℃；更优选为0℃。

步骤(1)所述反应时间优选为12-24小时。

步骤(1)所述球形聚苯胺是通过乳液聚合法制备得到。

步骤(1)所述苯胺、苯酚和乳化剂的质量比优选为1：(1.67-10)：(0.01-0.05)；更优选为1：(2-10)：(0.01-0.05)。

步骤(1)所述溶剂优选为浓度为0.1mol/L的盐酸溶液；所述苯胺与溶剂的质量比优选为1：(50～200)。

步骤(1)所述乳化剂优选为十二烷基磺酸钠、十二烷基硫酸钠、吐温20和吐温80中的至少一种。

步骤(1)所述氧化剂优选为过硫酸铵和/或过硫酸钾。

步骤(1)所述氧化剂与苯胺的质量比优选为(1～5)：1。