[发明专利]一种硫化铜-石墨烯-聚苯胺复合水凝胶的制备方法

说明书

本发明提供一种硫化铜‑石墨烯‑聚苯胺复合水凝胶的制备方法，该制备方法以石墨烯作为骨架，复合聚苯胺、硫化铜，利用水热法还原氧化石墨烯生成凝胶，解决聚苯胺、硫化铜倍率性能差的问题，提高电子传输速率，使得复合的电极材料有更好的循环性能和更高的比电容。且与传统的电容式湿度传感器相比灵敏度更高，电学信号随湿气的间歇施加具有快速响应和恢复时间的特性，在传感器领域展现出潜在的应用价值。本发明制备工艺简单，利用静电吸附，形成稳定均匀的分散体系，操作简单，无需复杂设备，绿色高效，在超级电容器有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及超级电容器技术领域，特别涉及一种硫化铜-石墨烯-聚苯胺复合水凝胶的制备方法。

背景技术

可变形超级电容器在变形的情况下提供稳定的功率输出，正在成为可穿戴电子设备的关键仪器。以柔性材料作为可压缩的基体，如聚合物海绵、纤维素气凝胶等，负载活性材料，但由于绝缘基体严重影响电极材料的电化学性能，因此，制备一种既具有优异的电学性能，又具有柔韧性、延展性的超级电容器是非常有必要的。

随着化石能源的快速消耗，可持续发展的理念和可再生能源的研究越来越深入人心。20世纪发展的超级电容器，一种介于电池和传统电容器之间的新型储能器件，具有超大电容量，比同体积的电解电容器容量大2000-6000倍，具有工作温度范围宽，可大电流充放电，充放电效率高，充放电循环次数可达10万次的优点。电极材料是超级电容器的主要研究内容之一，过渡金属氧化物和硫化物在内的纳米材料具有极高的理论比容量、低成本、环境友好和资源丰富等优势，被认为是可替代石墨的新型锂离子电池负极材料。研究人员通过设计材料合成各种纳米结构，例如纳米线、纳米片，纳米立方体，纳米球及各种空心结构，缓解材料在充放电过程中的体积膨胀，但循环过程中纳米结构的破坏与电子电导率差的问题依然存在。另一种有效的策略是在材料表面包覆一层导电碳层，提高材料的结构稳定性和电子电导率，增强循环和倍率性能。但基板材料选择性有限，包覆厚度无法精确控制、电子电导率提升有限等问题依然困扰着碳包覆策略的发展。因此发展一种简单普适的方法构筑导电性能优异的电极材料还需进一步的研究与探索。石墨烯具有很多含氧官能团，利用氧化石墨烯材料的优异亲水性能,可使环境气氛中的水分子有效的吸附在氧化石墨烯组装体表面,形成良好的离子输运通道，电离官能团，促使其在湿气作用下释放离子型载流子。

氧化石墨烯湿度传感器一般需要外加偏压，发展出具有实际应用价值的新型石墨烯湿气发电材料和器件还需要继续研究。过渡金属硫化物充放电过程中具有严重的体积变化、较差的电子电导率、不稳定固体电解质界面膜的形成特点，导致材料循环性能和倍率性能较差，严重限制了该类材料的进一步应用和推广。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种硫化铜-石墨烯-聚苯胺复合水凝胶的制备方法，以解决现有聚苯胺、硫化铜倍率性能差的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种硫化铜-石墨烯-聚苯胺复合水凝胶的制备方法，包括以下步骤：

1)将0.02g硫化铜加入至5mL浓度为1M的盐酸溶液中，搅拌均匀，加入苯胺单体，在4℃下搅拌30min，记为溶液A；

2)将过硫酸铵加入至2mL浓度为1M的盐酸溶液中，溶解，得到溶液B；

3)向A溶液中缓慢滴加溶液B，在4℃下搅拌6h，过滤，用去离子水和乙醇反复清洗，冻干，得到复合粉末C；

4)将上述制备的0.03g复合粉末C加入到10mL浓度为2-8mg/mL氧化石墨烯分散液，搅拌均匀后，放入高压反应釜中于120-180℃下水热反应8-12h后，用去离子水将反应产物浸泡3d，得到硫化铜-石墨烯-聚苯胺复合水凝胶。

可选地，步骤1)中所述硫化铜与所述苯胺单体的投料比为1∶(1.5-6)。