[发明专利]一种聚3,4-乙撑二氧噻吩复合材料的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种刚果红掺杂聚3,4‑乙撑二氧噻吩键合石墨烯纳米带的制备方法及其应用，属于超级电容器用电极材料制备技术领域。所述刚果红掺杂聚3,4‑乙撑二氧噻吩键合石墨烯纳米带是先用2‑乙胺噻吩和酰氯化石墨烯纳米带反应制备噻吩基石墨烯纳米带，再将噻吩基石墨烯纳米带、刚果红和三氯化铁加入到氯仿中配置混合液，最后将3,4‑乙撑二氧噻吩滴加到上述混合液中，经化学氧化聚合制备而成。本发明制得的刚果红掺杂聚3,4‑乙撑二氧噻吩键合石墨烯纳米带具有较高的比电容和较优异的循环稳定性，主要用于制备超级电容器的电极，具有显著的经济价值和社会效益。

技术领域

本发明属于超级电容器用电极材料制备技术领域，具体涉及一种刚果红掺杂聚3,4-乙撑二氧噻吩键合石墨烯纳米带的制备方法及其应用。

背景技术

聚3,4-乙撑二氧噻吩（PEDOT）具有成膜性好、不易被氧化、电导率可调和环境热稳定性良好等优点，在超级电容器的电极材料方面具有广阔的应用前景。但是PEDOT的理论比电容小，单体在水中溶解度低，且聚合过程中容易发生团聚，这些都限制了PEDOT在用做超级电容器的电极材料方面的应用。王敏超（王敏超; 聚(3,4-乙撑二氧噻吩)与石墨烯、碳纳米管复合材料的制备及性能研究, 乌鲁木齐: 新疆大学, 2016）通过对单壁碳纳米管表面进行功能化，分别在碳纳米管表面接枝不同的噻吩类基团后再与聚3,4-乙撑二氧噻吩复合，制备了不同比例的2位噻吩修饰单壁碳纳米管/聚3,4-乙撑二氧噻吩、3位噻吩修饰单壁碳纳米管/聚3,4-乙撑二氧噻吩和3,4-乙撑二氧噻吩修饰单壁碳纳米管/聚3,4-乙撑二氧噻吩。探讨了不同的噻吩类基团修饰单壁碳纳米管对材料结构及电化学性能的影响，以及复合物中不同含量功能化单壁碳纳米管对材料结构及电化学性能的影响。结果表明3位噻吩修饰单壁碳纳米管/聚3,4-乙撑二氧噻吩的比电容为190 F/g。但是单壁碳纳米管一方面在反应过程中易层叠和团聚；另一方面比表面积较小，不能为聚3,4-乙撑二氧噻吩提供足够的支撑空间，造成聚3,4-乙撑二氧噻吩的团聚。石墨烯纳米带是将二维的碳纳米管通过氧化方法沿纵向解开，形成卷曲状的石墨烯材料。石墨烯纳米带具有部分类似碳纳米管的管状结构同时也具有类似石墨烯的层状结构，这种特殊的结构保证了石墨烯纳米带在使用过程中不易层叠和团聚。因此，石墨烯纳米带比碳纳米管具有更大的比表面积，比石墨烯具有更小的分子间作用力。Feng-Hao Hsu（Feng-Hao Hsu, Jyun-Wei Huang, Tzong-MingWu; Electrochemical characteristics of graphene nanoribbon/polypyrrolecomposite prepared via oxidation polymerization in the presence of poly-(sodium 4-styrenesulfonate), Materials Chemistry and Physics, 2015, 161: 265-270.）在表面活性剂PSS的存在下，制备了石墨烯纳米带/聚吡咯复合材料，测试结果显示，该复合材料的比电容能达到881 F/g，循环稳定性也有一定程度提高。但是，通过普通的机械混合或者是简单的静电结合，不能使聚3,4-乙撑二氧噻吩均匀分散，也不能充分发挥石墨烯纳米带的巨大比表面积的优势，并且通常的物理复合导致聚3,4-乙撑二氧噻吩与石墨烯纳米带之间的作用力很小，循环稳定性较差。

发明内容

针对以上碳纳米材料易层叠和聚3,4-乙撑二氧噻吩易团聚的问题，本发明提供了一种刚果红掺杂聚3,4-乙撑二氧噻吩键合石墨烯纳米带的制备方法。本发明制得的刚果红掺杂聚3,4-乙撑二氧噻吩键合石墨烯纳米带具有较高的比电容和较优异的循环稳定性，主要用于制备超级电容器的电极，具有显著的经济价值和社会效益。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种刚果红掺杂聚3,4-乙撑二氧噻吩键合石墨烯纳米带是先用2-乙胺噻吩和酰氯化石墨烯纳米带反应制得噻吩基石墨烯纳米带，再将噻吩基石墨烯纳米带、刚果红和三氯化铁加入到氯仿中配置混合液，最后将3,4-乙撑二氧噻吩滴加到上述混合液中，经化学氧化聚合制备而成。