一種石墨烯/氧化鐵/聚苯胺復合材料的制備方法
【專利摘要】本發明涉及一種石墨烯/氧化鐵/聚苯胺復合材料的制備方法，包括以下步驟：將氧化石墨烯超聲分散均勻，加入十二烷基硫酸鈉水溶液和苯胺進行混合，超聲形成穩定均勻的混合液，冰水浴攪拌并逐滴加入用鹽酸酸化的過硫酸銨，繼續冰水浴攪拌12小時，將得到的墨綠色溶液離心、水洗得到凝膠狀的物質，再將其超聲分散于鹽酸溶液中，然后向其中滴加飽和氯化鐵溶液繼續超聲，最后將其在室溫下攪拌1小時候，在180℃下水熱12小時離心、水洗、凍干，即得到石墨烯/氧化鐵/聚苯胺復合材料；本發明工藝過程簡單、操作性強，設備投入少，生產成本低，且所得的石墨烯/氧化鐵/聚苯胺復合材料的電化學穩定性好、比容量高、循環性能好、倍率性能優異。
【專利說明】
一種石墨烯/氧化鐵/聚苯胺復合材料的制備方法
[技術領域]
[0001]本發明屬于復合材料技術領域，具體地說是一種石墨烯/氧化鐵/聚苯胺復合材料的制備方法。
[【背景技術】]
[0002]石墨烯作為一種典型的二維材料，自從2004年首次發現以來，受到了廣泛的關注和研究。由于石墨烯具備許多十分優異的性能，從而使其復合材料的性能也得到極大的提高。聚苯胺作為一種導電高分子，具有的長程共軛結構使其擁有獨特的電學和光學性能，不僅如此，其獨特的分子結構還可以和石墨烯的JT體系、殘余的含氧官能團之間發生JT-JT堆積、氫鍵和靜電力等非共價相互作用，從而制備出一種具有優異的光電性能的復合材料。
[0003]隨著新能源領域的技術的快速發展，人們對于儲能及電子產品等的電池研發的關注度越來越高。而鋰離子電池因具有電壓高，能量密度大，循環性能好，自放電小，無記憶效應，工作范圍寬等優點而被廣泛應用。目前，商業化的鋰離子電池負極材料主要以石墨為主，其理論比容量為372mAh/g，限制了其容量的進一步提高。同時，由于它的嵌鋰方式一般為斷面嵌入，不適合快速充放電，限制了其在高功率領域中的應用。所以人們一直在致力于對鋰離子電池負極材料進行改性，來提高鋰離子電池負極材料的電化學性能。因此，若能通過對鋰離子電池的負極材料進行改進，以獲得穩定性好、易控制的負極材料，進而改善鋰離子電池的性能，將具有非常重要的意義。
[
【發明內容】
]
[0004]本發明的目的就是要解決上述的不足而提供一種石墨烯/氧化鐵/聚苯胺復合材料的制備方法，不僅工藝過程簡單、操作性強，設備投入少，生產成本低，而且所得的石墨烯/氧化鐵/聚苯胺復合材料的電化學穩定性好、比容量高、循環性能好、倍率性能優異，解決了現有技術中的鋰離子電池負極材料的穩定性差與倍率性能低的技術問題。
[0005]為實現上述目的設計一種石墨烯/氧化鐵/聚苯胺復合材料的制備方法，包括以下步驟:I)通過原位聚合的方法制備聚苯胺功能化的石墨烯片的步驟:將苯胺和十二烷基硫酸鈉一起加入到水中超聲分散，將分散好的混合溶液與超聲分散均勻的氧化石墨烯混合，繼續超聲10-50分鐘，形成穩定均勻的混合液，然后在冰水浴中攪拌，并加入用lmol/L鹽酸酸化過的過硫酸銨，攪拌10-20小時，再將得到的混合液離心水洗3-5次，得到聚苯胺功能化的石墨烯片；2)聚苯胺包覆三氧化二鐵的步驟:將步驟I)所得到的聚苯胺功能化的石墨烯片超聲分散在lmol/L鹽酸溶液中，再向其中加入飽和氯化鐵溶液，邊超聲邊滴加，然后將得到的混合液在室溫下攪拌I小時，再裝入水熱釜中，在180°C下水熱反應12小時，最后離心水洗3-5次，再凍干，即得到石墨烯/氧化鐵/聚苯胺復合材料。
[0006]作為優選，步驟I)中，所述苯胺與十二烷基硫酸鈉的物料比為0.1-0.3ml:6-10mg，所述苯胺與氧化石墨稀的物料比為0.l-0.2ml: 20-40mg。
[0007]作為優選，步驟I)中，所述過硫酸錢與鹽酸的物料比為0.5-lg:50ml，所述過硫酸錢與氧化石墨稀的物料比為0.5-lg:20-40mg。
[0008]作為優選，步驟2)中，所述鹽酸與氧化石墨稀的物料比為1ml:20-40mg。
[0009]作為優選，步驟2)中，所述飽和氯化鐵溶液與氧化石墨烯的體積比為I: 12.5-25。
[0010]作為優選，步驟I)中，在超聲和攪拌過程中，保持水溫在0_5°C。
[0011]作為優選，步驟I)和步驟2)中，超聲功率為500W。
[0012]作為優選，步驟2)中，飽和氯化鐵溶液需緩慢滴加，并在超聲波中進行。
[0013]本發明同現有技術相比，其技術進步是顯著的，不僅工藝過程簡單、操作性強，設備投入少，生產成本低，而且所得的石墨烯/氧化鐵/聚苯胺復合材料的電化學穩定性好、比容量高、循環性能好、倍率性能優異，適合于動力電池應用領域;此外，本發明利用原位生長聚苯胺功能化的石墨烯片，可以有效的增強該復合材料的導電性，該復合材料作為鋰離子電池負極材料時穩定性能好，易控制，大大提高了電極的比容量以及倍率性能，從而獲得高性能的鋰離子電池負極材料。
[【附圖說明】]
[0014]圖1是本發明實施例1中石墨烯/氧化鐵/聚苯胺復合材料的SEM圖；
[0015]圖2是本發明實施例1中石墨烯/氧化鐵/聚苯胺復合材料的倍率性能圖。
[【具體實施方式】]
[0016]本發明提供了一種石墨烯/氧化鐵/聚苯胺復合材料的制備方法，其工作原理為:將氧化石墨烯(GO)超聲分散均勻，加入十二烷基硫酸鈉(SDS)水溶液和苯胺進行混合，超聲形成穩定均勻的混合液，冰水浴攪拌并逐滴加入用鹽酸酸化的過硫酸銨(APS)，繼續冰水浴攪拌12小時，將得到的墨綠色溶液離心、水洗得到凝膠狀的物質，再將其超聲分散于鹽酸溶液中，然后向其中滴加飽和氯化鐵溶液繼續超聲，最后將其在室溫下攪拌I小時候，在180°C下水熱12小時離心、水洗、凍干。該制備方法的具體步驟如下:
[0017]I)通過原位聚合的方法制備聚苯胺功能化的石墨烯片的步驟:將苯胺和十二烷基硫酸鈉一起加入到水中分散，所述的苯胺和十二烷基硫酸鈉的物料比是0.1-0.3ml: 6-10mg，將分散好的混合溶液與超聲分散好的氧化石墨烯混合，所述的苯胺與氧化石墨烯的物料比為0.1-0.2ml: 20-40mg，超聲10-50分鐘，形成穩定的混合液，然后在冰水浴中攪拌，并加入用lmol/L鹽酸酸化過的過硫酸錢，所述的過硫酸錢和鹽酸的物料比為0.5-lg:50ml，所述的過硫酸錢與氧化石墨稀的物料比為0.5-lg: 20-40mg，攪拌10-20小時，得到的混合液經過離心水洗3-5次得到聚苯胺功能化的石墨烯片；
[0018]2)聚苯胺包覆三氧化二鐵的步驟:在步驟I)得到的聚苯胺/石墨烯復合材料超聲分散在ImoI/L鹽酸溶液中，所述的鹽酸和氧化石墨稀的物料比為1ml: 20-40mg，再向其中加入飽和氯化鐵溶液，邊超聲邊滴加，所述的飽和氯化鐵溶液和氧化石墨烯的體積比為1:12.5-25。將得到的混合液在室溫下攪拌I小時，然后裝入水熱釜中，在180 °C下水熱反應12小時，最后離心、水洗3-5次再凍干得到了鋰離子電池負極材料聚苯胺包覆的三氧化二鐵.
[0019]其中，步驟I)中，在超聲和攪拌過程中，保持水溫在0-5°C;步驟I)和2)中，超聲功率為500W;步驟2)中，飽和氯化鐵溶液需要緩慢滴加，并在超聲波中進行。
[0020]下面結合具體實施例附圖對本發明作以下進一步說明，但有必要指出以下實施例只用于對
【發明內容】
的描述，并不構成對本發明保護范圍的限制:
[0021]實施例1
[0022]—種石墨烯/氧化鐵/聚苯胺復合材料的制備方法，步驟如下:
[0023]將0.3ml的苯胺和1mg十二烷基硫酸鈉一起加入到50ml水中超聲分散，將分散好的苯胺溶液與60ml (0.5mg/ml)的GO分散液混合，繼續超聲15min，形成穩定均勾的混合液，冰水浴攪拌，再用50ml (lmol/L)HCl酸化0.7g的過硫酸銨，溶液逐漸變成墨綠色，保持冰水浴攪拌12小時，再將得到的溶液離心水洗3次，得到凝膠狀物質，再將其超聲分散在180ml水中，向其中滴加10ml(lmol/L)HCl，邊超聲邊緩慢滴加5ml的飽和氯化鐵溶液，然后將其在室溫中攪拌I小時，再裝入水熱釜中，在180°C下反應12小時，最后進行離心水洗3次，凍干得到鋰離子電池負極材料石墨烯/氧化鐵/聚苯胺。
[0024]實施例2
[0025]—種石墨烯/氧化鐵/聚苯胺復合材料的制備方法，步驟如下:
[0026]將0.2ml的苯胺和8mg十二烷基硫酸鈉一起加入到50ml水中超聲分散，將分散好的苯胺溶液與30ml (0.5mg/ml)的GO分散液混合，繼續超聲15min，形成穩定均勾的混合液，冰水浴攪拌，再用25ml (lmol/L)HCl酸化0.35g的過硫酸銨，溶液逐漸變成墨綠色，保持冰水浴攪拌12小時，再將得到的溶液離心水洗3次，得到凝膠狀物質，再將其超聲分散在90ml水中，向其中滴加5ml(lmol/L)HCl，邊超聲邊緩慢滴加2.4ml的飽和氯化鐵溶液，然后將其在室溫中攪拌I小時，再裝入水熱釜中，在180°C下反應12小時，最后進行離心水洗5次，凍干得到鋰離子電池負極材料石墨烯/氧化鐵/聚苯胺。
[0027]可見，在石墨烯表面原位生長高分子導電性的聚苯胺，可以大大的提高石墨烯的導電性，大大提高了電極的比容量以及倍率性能，從而獲得高性能的鋰離子電池負極材料。
[0028]本發明并不受上述實施方式的限制，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種石墨烯/氧化鐵/聚苯胺復合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)通過原位聚合的方法制備聚苯胺功能化的石墨烯片的步驟:將苯胺和十二烷基硫酸鈉一起加入到水中超聲分散，將分散好的混合溶液與超聲分散均勻的氧化石墨烯混合，繼續超聲10-50分鐘，形成穩定均勾的混合液，然后在冰水浴中攪拌，并加入用lmol/L鹽酸酸化過的過硫酸銨，攪拌10-20小時，再將得到的混合液離心水洗3-5次，得到聚苯胺功能化的石墨稀片； 2)聚苯胺包覆三氧化二鐵的步驟:將步驟I)所得到的聚苯胺功能化的石墨烯片超聲分散在lmol/L鹽酸溶液中，再向其中加入飽和氯化鐵溶液，邊超聲邊滴加，然后將得到的混合液在室溫下攪拌I小時，再裝入水熱釜中，在180°C下水熱反應12小時，最后離心水洗3-5次，再凍干，即得到石墨烯/氧化鐵/聚苯胺復合材料。2.如權利要求1所述的石墨烯/氧化鐵/聚苯胺復合材料的制備方法，其特征在于:步驟I)中，所述苯胺與十二燒基硫酸鈉的物料比為0.1-0.3ml:6-10mg，所述苯胺與氧化石墨稀的物料比為0.1-0.2ml: 20-40mg。3.如權利要求2所述的石墨烯/氧化鐵/聚苯胺復合材料的制備方法，其特征在于:步驟1)中，所述過硫酸錢與鹽酸的物料比為0.5-lg:50ml，所述過硫酸錢與氧化石墨稀的物料比為0.5-lg:20-40mgo4.如權利要求3所述的石墨烯/氧化鐵/聚苯胺復合材料的制備方法，其特征在于:步驟2)中，所述鹽酸與氧化石墨稀的物料比為1ml:20-40mg。5.如權利要求4所述的石墨烯/氧化鐵/聚苯胺復合材料的制備方法，其特征在于:步驟2)中，所述飽和氯化鐵溶液與氧化石墨烯的體積比為I:12.5-25。6.如權利要求5所述的石墨烯/氧化鐵/聚苯胺復合材料的制備方法，其特征在于:步驟I)中，在超聲和攪拌過程中，保持水溫在0-5°C。7.如權利要求6所述的石墨烯/氧化鐵/聚苯胺復合材料的制備方法，其特征在于:步驟1)和步驟2)中，超聲功率為500W。8.如權利要求7所述的石墨烯/氧化鐵/聚苯胺復合材料的制備方法，其特征在于:步驟2)中，飽和氯化鐵溶液需緩慢滴加，并在超聲波中進行。
【文檔編號】C08K3/04GK105924963SQ201610394026
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年6月6日
【發明人】韓生, 劉金寶, 藺華林, 陳紅艷, 喻寧波, 馮晨萁, 韋煥明, 韓治亞
【申請人】上海應用技術學院