[发明专利]N-乙酸钾吖啶酮修饰的石墨烯基复合材料及其制备和应用

说明书

本发明公开N‑乙酸钾吖啶酮修饰的石墨烯基复合材料及其制备和应用，制备时先获得氧化石墨烯分散液；再配制N‑乙酸钾吖啶酮溶液；混合N‑乙酸钾吖啶酮溶液和氧化石墨烯分散液，进行水热反应，反应结束后洗涤，冷冻干燥即可得到YDYSK@RGO复合材料。由于N‑乙酸吖啶酮与KOH反应生成的N‑乙酸钾吖啶酮可以与氧化石墨烯之间发生π‑π相互作用，能够抑制石墨烯的堆叠，所以YDYSK@RGO的比电容较高，N‑乙酸钾吖啶酮的加入可明显提高石墨烯基超级电容器的电化学特性，且该电极材料具备优异的循环稳定性，在超级电容器领域拥有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于超级电容器技术领域，具体涉及一种N-乙酸钾吖啶酮修饰的石墨烯基复合材料的制备及其在超级电容器领域的应用。

背景技术

全球如今正面临着日益严峻的能源枯竭和全球变暖问题，安全，高效和绿色的能源存储材料和设备对于社会的可持续发展至关重要，越来越多的人开始研究这种新颖、低价、环保、高性能的储能系统。超级电容器，也称为电化学电容器，因为它具有快速充电/放电率、高功率密度、极长的循环寿命和环境友好的特性而被认为是可持续能量存储/转换系统的最佳候选者，在能量存储方面具有广泛的应用价值。根据储能机理，超级电容器可分为电化学双层电容器和赝电容器两类，实际场合下，两种机理同时存在于超级电容器的储能过程当中，只是二所占的比例有所不同。

石墨烯是一种由碳原子以sp²杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料，具有优异的光学、电学、力学特性和优异的导电性，因此被认为是一种未来革命性的材料。石墨烯是最典型的双电层材料，具有高电导率、优异的机械性能、较高的理论表面积和双电层特性，是一种出色的超级电容器电极材料。但是由于石墨烯的层与层之前存在很强的π-π相互作用和范德华相互作用，极易发生堆叠，导致石墨烯电极与电解质之间的有效接触面积减小，从而导致其电容性能的衰减。

而为了能在保持石墨烯材料高功率密度的同时实现电化学电容器的高能量密度，本领域技术人员深入研究了各种过渡金属氧化物和导电聚合物等纳米结构的赝电容材料，但是这类材料存在电化学上不稳定，而且来源有限、价格昂贵的缺陷。因此引入诸如碳材料作为导电载体，通过掺杂赝电容材料制备出性能稳定的复合电极材料成为新的研究热点。吖啶酮是一种重要的含氮的杂环类分子骨架，初期由天然产物中提取而来，来源较为广泛，应用成本较低，该类化合物独特的结构特征赋予了其特殊的性质，吖啶酮及其衍生物材料与石墨烯复合有望能提高电极材料的电化学性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种N-乙酸钾吖啶酮修饰的石墨烯基复合材料及其制备和应用，制备过程简单，所得材料的电化学性能好，拥有较高的电导率，且循环稳定性优越，在经过2500次充放电循环后电容值不降反增。

本发明公开的技术方案如下：N-乙酸钾吖啶酮修饰的石墨烯基复合材料的制备方法，具体步骤如下：

(1)将氧化石墨烯粉末加入到去离子水中，超声得到氧化石墨烯分散液；

(2)将N-乙酸吖啶酮加入到氢氧化钾溶液中，得到N-乙酸钾吖啶酮溶液；

(3)将N-乙酸钾吖啶酮溶液加入到氧化石墨烯分散液中，超声均匀后倒入含有聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，置于烘箱中进行加热反应，反应结束后，洗涤，冷冻干燥，得到YDYSK@RGO复合材料。

进一步地，步骤(3)中，参与反应的氧化石墨烯与N-乙酸吖啶酮的质量比为1:1。

进一步地，步骤(2)中，N-乙酸吖啶酮与氢氧化钾的摩尔比为1:1～2。

进一步地，步骤(3)中，进行加热反应的温度为150-180℃，反应时间为12-24h。

根据上述方法制备的N-乙酸钾吖啶酮修饰的石墨烯基复合材料在经过2500次充放电循环后，比电容可增加66％，循环稳定性能优越。