一種離子液體功能化石墨烯/導電聚苯胺納米線復合材料的制備方法
【技術領域】
[0001 ]本發明涉及新型能源材料制備技術領域，特別涉及一種離子液體功能化石墨稀/導電聚苯胺納米線復合材料的制備方法。
【背景技術】
[0002]超級電容器是介于傳統電容器和二次電池之間的一種新型的電化學儲能裝置，具有較高的功率密度和長循環壽命，在航空航天、電子設備、移動通訊、交通運輸、軍事應用等領域具有廣泛的應用；電極材料是決定超級電容器電化學性能的關鍵因素，研究與開發新穎的電極材料是提高超級電容器性能的重要途徑。聚苯胺作為一種典型的η共軛導電高分子材料，具有原料價廉易得、合成簡便、環境及化學穩定性好、較高的電導率等優點，在超級電容器、傳感器、催化劑、電致變色材料等方面有著廣闊的應用前景；導電聚苯胺是通過電極表面或體相中發生快速可逆的氧化還原反應儲存高密度電荷，具有較高的法拉第贗電容，但是電子轉移動力學性能較差、循環壽命短;這主要是因為聚合物骨架中的氧化還原活性位在反復多次的氧化還原過程中不是非常的穩定。石墨烯是由單層碳原子緊密堆積成二維蜂窩狀晶格結構的一種碳質新材料，具有優異的化學穩定性、大的比表面積和較寬的電化學窗口。雖然單層石墨烯具有超大的極限比表面積，但是石墨烯在制備過程中由于片與片之間具有較強的范德華力，容易發生片層的團聚和堆積，降低石墨烯的比電容，限制了其作為超級電容器電極材料的應用；通過對石墨烯表面功能化改性可以降低石墨烯片層聚集。一維納米材料如納米管、納米線、納米纖維等除了具有其他納米結構的高比表面積的特點之外，還具有高長徑比及優良導電性能，因而在超級電容器的電極材料研究領域具有重要的研究價值;將功能化改性的石墨烯與導電聚苯胺納米線復合構筑石墨烯/導電聚苯胺納米線復合材料，不僅可以提高聚苯胺的電化學穩定性，同時能顯著提升復合材料作為超級電容器電極材料的比電容。
【發明內容】
[0003]本發明要解決的技術問題是提供一種離子液體功能化石墨烯/導電聚苯胺納米線復合材料的制備方法。
[0004]為達到上述目的，本發明的技術方案如下:
[0005]—種離子液體功能化石墨稀/導電聚苯胺納米線復合材料的制備方法，所述制備方法的步驟如下:
[0006](I)利用化學氧化法制備氧化石墨，通過超聲波處理將氧化石墨分散在有機溶劑中獲得氧化石墨烯懸浮液，向氧化石墨烯懸浮液中加入咪唑類離子液體，在室溫下攪拌5小時，然后靜置24小時倒出上層氧化石墨烯懸浮液；
[0007](2)向所得氧化石墨烯懸浮液中加入氫氧化鉀，并在90-95 V攪拌10小時，經過離心分離、無水乙醇和去離子水多次洗滌，然后進行冷凍干燥處理，最后得到離子液體功能化的石墨稀;
[0008](3)將離子液體功能化石墨烯超聲分散在去離子水中，經過離心分離獲得上層穩定的石墨稀懸浮液，質量濃度為0.09-3.lmg/mL；
[0009 ] (4)向石墨稀懸浮液中加入苯胺，摩爾濃度為0.05-0.5mol/L，在0_5 °C下攪拌混合均勻；
[0010](5)配置無機酸，摩爾濃度為2mo 1/L，向其中加入過硫酸銨，摩爾濃度為0.013-
0.125moI/L，將該混合溶液迅速加入至步驟(4)所得溶液中，然后在0_5 V下攪拌12小時，所得產物經抽濾、無水乙醇和去離子水多次洗滌后，在60°C、真空環境下干燥處理8小時得到離子液體功能化石墨稀、導電聚苯胺納米線復合材料。
[0011 ]優選的，所述有機溶劑為N、N-二甲基甲酰胺、乙醇、乙二醇中的任意一種。
[0012]優選的，所述無機酸為高氯酸、鹽酸、硫酸中的任意一種。
[0013]優選的，所述咪唑類離子液體為1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽離子液體、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽離子液體、1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸鹽離子液體、1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽離子液體中的任意一種。
[0014]通過上述技術方案，本發明的有益效果是:
[0015]本發明通過咪唑類離子液體對石墨烯進行功能化改性，利用化學氧化法在離子液體功能化石墨烯懸浮液中原位聚合苯胺制備石墨烯/導電聚苯胺納米線復合材料，在石墨烯表面引入導電聚苯胺納米線;利用石墨烯大的比表面積、優異的導電性及化學穩定性等優點，提升納米復合材料的電學性質和穩定性，不僅能顯著提高納米復合材料作為超級電容器電極材料的充放電循環穩定性和比電容，還可以降低超級電容器的內阻和溶液電阻。
[0016]本發明采用化學氧化原位聚合法在離子液體功能化石墨烯上合成導電聚苯胺納米線，制備方法簡單易行、反應溫度低、反應時間短、能耗低、化學均勻性好，易于大量制備，而且容易推廣到其它的材料體系。
【附圖說明】
[0017]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0018]圖1為本發明離子液體功能化石墨烯/導電聚苯胺納米線復合材料的SEM照片。
【具體實施方式】
[0019]為了使本發明實現的技術手段、創作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面進一步闡述本發明。
[0020]實施例1
[0021]本發明公開了一種離子液體功能化石墨烯/導電聚苯胺納米線復合材料的制備方法，該制備方法的步驟如下:
[0022](I)利用化學氧化法制備氧化石墨，通過超聲波處理將Ig氧化石墨分散在500mlN、N-二甲基甲酰胺中(也可以為乙醇或乙二醇)，超聲5小時，經過離心分離獲得上層穩定的氧化石墨稀懸浮液，質量濃度為2mg/mL;向該氧化石墨稀懸浮液中加入0.5g咪卩坐類離子液體(咪唑類離子液體可以為1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽離子液體、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽離子液體、1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸鹽離子液體、1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽離子液體中的任意一種)，將離子液體/氧化石墨烯混合物在室溫下攪拌5小時，然后靜置24小時倒出上層氧化石墨烯懸浮液；向所得氧化石墨烯懸浮液中加入2g氫氧化鉀，超聲2小時，并在90-95°C攪拌10小時，經過離心分離、無水乙醇和去離子水多次洗滌，然后進行冷凍干燥處理，最后得到離子液體功能化的石墨烯。
[0023](2)將9ml離子液體功能化的石墨烯超聲分散在10ml去離子水中，經過離心分離獲得上層穩定的石墨稀懸浮液，質量濃度為0.09mg/mL;向石墨稀懸浮液中加入913yL的苯胺(0.93g，摩爾濃度為0.lmol/L)，在0-5°C下攪拌混合均勻；將0.57g的過硫酸銨溶解于10ml摩爾濃度為2mol/L的高氯酸溶液中，過硫酸錢溶液的摩爾濃度為0.025mol/L，然后將該混合溶液迅速加入到石墨烯/苯胺混合體系中，在0-50C下攪拌12小時，然后將反應溶液倒入大燒杯中，向其中加入去離子水500mL，靜置5小時后，所得產物經真空抽濾、無水乙醇和去離子水多次清洗，60 °C真空干燥8小時得到離子液體功能化石墨烯/導電聚苯胺納米線復合材料，石墨烯與聚苯胺的質量比1:99;圖1是制備的復合材料的掃描電鏡(SEM)照片，從圖中可以看到直徑為SOnm的聚苯胺納米線均勻分散在石墨烯表面。
[0024]實施例2
[0025]本發明公開了一種離子液體功能化石墨烯/導電聚苯胺納米線復合材料的制備方法，該制備方法的步驟如下:
[0026](I)利用化學氧化法制備氧化石墨，通過超聲波處理將Ig氧化石墨分散在500mlN、N-二甲基甲酰胺中(也可以為乙醇或乙二醇)，超聲5小時，經過離心分離獲得上層穩定的氧化石墨稀懸浮液，質量濃度為2mg/mL;向該氧化石墨稀懸浮液中加入0.5g咪卩坐類離子液體(咪唑類離子液體可以為1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽離子液體、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽離子液體、1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸鹽離子液體、1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽離子液體中的任意一種)，將離子液體/氧化石墨烯混合物在室溫下攪拌5小時，然后靜置24小時倒出上層氧化石墨烯懸浮液；向所得氧化石墨烯懸浮液中加入2g氫氧化鉀，超聲2小時，并在90-95°C攪拌10小時，經過離心分離、無水乙醇和去離子水多次洗滌，然后進行冷凍干燥處理，最后得到離子液體功能化的石墨烯。
[0027](2)將9mg離子液體功能化的石墨烯超聲分散在30ml去離子水中，經過離心分離獲得上層穩定的石墨稀懸浮液，質量濃度為0.3mg/mL;向石墨稀懸浮液中加入913yL的苯胺(0.93g，摩爾濃度為0.33mol/L)，在0_5°C下攪拌混合均勻;將0.57g的過硫酸銨溶解于30ml摩爾濃度為2mol/L的高氯酸溶液中，過硫酸銨溶液的摩爾濃度為0.083mol/L，然后將該混合溶液迅速加入到石墨烯/苯胺混