[发明专利]阴丹士林功能化石墨烯三维网络结构复合材料的制备及应用

说明书

本发明公开了一种阴丹士林功能化石墨烯三维网络结构复合材料的制备方法，是将氧化石墨分散于DMF中，搅拌、超声处理后加入到阴丹士林溶液中，并再次搅拌、超声处理；然后将混合溶液转移到反应釜中，在160~180℃下反应620~720 min；反应产物用二次水浸泡多次直至溶液变成无色透明状；最后冷冻干燥即得产物。物理表征显示，该复合材料具有较高的比表面积和相互连通的丰富的分级多孔结构，且阴丹士林分子成功吸附在石墨烯表面。电化学性能测试表明，该材料具有优异的电化学电容性能和倍率性能，更加重要的是其电位窗口在硫酸电解液/溶液中可以达到1.2V，作为超级电容器的电极材料具有很好的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种石墨烯基复合材料的制备，尤其涉及一种阴丹士林功能化石墨烯三维网络结构复合材料的制备；本发明还涉及该阴丹士林功能化石墨烯三维网络结构复合材料作为电极材料在超级电容器中的应用，属于复合材料技术领域和超级电容器技术领域。

背景技术

超级电容器具有功率输出快、可逆性强、维护成本低、充放电速度快、循环寿命长等特点，在许多应用中对电池的补充扮演着重要的角色，同时也被认为是一种理想的能源转换及储存装置。与传统电容器相比较，超级电容器的能量密度要高出几个数量级。但是，与传统电池相比，它们的功率密度较低。因此超级电容器急需要一种能提高能量密度的可行性办法，因此，电极材料成为了决定电容器性能的关键因素，常用的电极材料主要有以下几类：碳材料、金属(氢)氧化物、导电聚合物和有机小分子。而带有电化学活性官能团的有机小分子，因其原材料丰富，属于绿色、可再生能源，大部分以自然状态存在或可在实验室进行合成得到；其次，在电化学循环过程中，这些有机分子只有其含氧官能团在发生可逆的转化，而分子结构不会被破环，这是获得良好循环稳定性的保证。与传统的碳材料相比，它们带有电化学活性官能团，可以实现低分子量下的多电子可逆法拉第反应，为获得高能量密度和功率密度奠定了基础。

发明内容

本发明的目的是提供一种阴丹士林功能化石墨烯三维网络结构复合材料的制备方法；

本发明的另一目的是对上述制备的阴丹士林功能化石墨烯三维网络结构复合材料的电化学电容性能进行研究，以期作为超级电容器电极材料。

一、阴丹士林功能化石墨烯三维网络结构复合材料的制备

本发明阴丹士林功能化石墨烯三维网络结构复合材料的制备，是将氧化石墨（GO）分散于DMF中，先搅拌1~2h，再超声处理2~6h；将阴丹士林（Indanthrone）溶于二次水中并搅拌1~2h；将超声处理过后的氧化石墨分散液加入阴丹士林溶液中，再次搅拌1~2h，超声处理2~6h；然后将混合溶液转移至反应釜中，在160~180℃下反应620~720 min；反应产物用二次水浸泡多次直至溶液变成无色透明状；最后冷冻干燥，得到目标产物；

阴丹士林和氧化石墨的质量比为0.1:1~0.7:1。

二、阴丹士林功能化石墨烯三维网络结构复合材料的物理表征

图1为本发明所用基底的石墨烯水凝胶（RGO）的场发射扫描电镜图片（FE-SEM），从图1中可以看到相互连通的三维多孔网络，并从中观察到大量具有宽尺寸分布的分层孔隙。图2为本发明制备阴丹士林功能化石墨烯水凝胶（IT-RGO）复合材料的场发射扫描电镜图片（FE-SEM）。可以看出，经阴丹士林非共价功能化后的结构没有发生改变，可以观察到相互连通的石墨烯三维多孔结构，这就为电解液离子的渗透提供了更丰富的通道，使得电极材料能与电解液离子充分接触。另外，从图中并没有观察到晶体的存在，说明阴丹士林是以分子形式吸附在石墨烯片表面。

三、阴丹士林功能化石墨烯三维网络结构复合材料的电化学性能

下面通过电化学工作站CHI760E对本发明制备的阴丹士林功能化石墨烯水凝胶三维导电网络结构复合材料（IT-RGO）的电化学性能表征进行详细说明。