CN102220027A - 一种石墨烯/导电聚合物复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种石墨烯/导电聚合物复合材料及其制备方法，该方法包括以下步骤：溶解一氧化石墨获得一石墨烯氧化物溶液；对该石墨烯氧化物溶液进行功能化处理；溶解一导电聚合物获得一导电聚合物溶液；混合所述导电聚合物溶液与所述经过功能化处理的石墨烯氧化物溶液，进行化学反应；去除所述化学反应后得到的石墨烯/导电聚合物复合材料预制物溶液中的溶剂以获得石墨烯/导电聚合物复合材料。该复合材料是上述的经过功能化处理后获得的石墨烯氧化物通过酰胺基团与导电聚合物进行化学键连接而得到的，石墨烯/导电聚合物复合材料在微观上为导电聚合物被石墨烯包裹，在整体上呈现网络状结构，其具有结构稳定的特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种石墨烯/导电聚合物复合材料及其制备方法。
背景技术
自2004年曼彻斯特大学物理学院及俄罗斯微电子研究所的研究人员K.S.Novoselov，A.K.Geim等发现石墨烯作为一种单层的碳原子片层可以稳定存在于室温环境下，并且具有大的电子空穴密度，在室温下有大的迁移率以来。石墨烯被认为是到现在为止所发现的最薄及强度最大的材料。石墨烯可以承受比铜高出6个数量级的电流密度，有很高的热导率和硬度，对气体不透过，并且脆性和延展性适中。另外，可以采用化学方法对石墨进行氧化得到氧化石墨，然后对氧化石墨进行超声波分离而得到孤立的单层的石墨烯氧化物，该石墨烯氧化物的边缘或者表面会有环氧基团、羟基或羧基存在，这就为石墨烯的化学修饰提供了便利。
导电聚合物材料如聚苯胺，聚吡咯，聚噻吩等也被广泛应用在很多有机器件中。为了提高或扩展这些器件的性能，导电聚合物经常被制备成为纳米材料。在导电聚合物材料与石墨烯进行复合并组装成为超级电容器的应用中，由于导电聚合物与石墨烯之间的结合力差，导致超级电容器的充放电稳定性差。因此，使用石墨烯对导电聚合物材料进行复合从而改进其性质，是一个新的研究方向。
郝青丽等人于2009年4月24日申请的第CN1015227202A号中国大陆公开专利申请，其通过将苯胺滴加到石墨烯溶液中进行原位聚合，从而得到石墨烯/聚苯胺复合材料。然而，该文献仅将石墨烯和聚苯胺采用物理方法进行了简单的复合，该两种材料之间通过范德华力结合，从而使所获得的石墨烯/聚苯胺复合材料的稳定性无法得到保证。
发明内容
本发明提供一种石墨烯与导电聚合物之间的结合力较强的石墨烯/导电聚合物复合材料及其制备方法，其特点是所述石墨烯/导电聚合物复合材料是通过石墨烯氧化物上的酰氯基团和导电聚合物上的氨基进行反应而得到的，石墨烯和导电聚合物通过酰胺基团进行化学键连接，石墨烯/导电聚合物复合材料在微观上为导电聚合物被石墨烯包裹，在整体上呈现网络状结构。
所述石墨烯/导电聚合物复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤一：提供一石墨烯氧化物粉末；
步骤二：溶解该石墨烯氧化物粉末以获得一石墨烯氧化物溶液，并对该石墨烯氧化物溶液进行功能化处理以活化该石墨烯氧化物；
步骤三：提供一导电聚合物，溶解该导电聚合物以获得一导电聚合物溶液；
步骤四：混合所述导电聚合物溶液与所述经过功能化处理的石墨烯氧化物溶液，使所述导电聚合物和经过功能化处理的石墨烯氧化物发生化学反应以获得一石墨烯/导电聚合物复合材料预制物溶液；
步骤五：去除所述石墨烯/导电聚合物复合材料预制物溶液中的溶剂以获得石墨烯/导电聚合物复合材料。
以下将对上述各步骤进行详细说明。
在步骤一中，所述石墨烯氧化物粉末的具体制备方法为：
S1，提供一石墨粉末；
S2，氧化处理该石墨粉末以获得石墨烯氧化物粉末。
在S1步骤中，所述石墨粉末为鳞片状自然石墨或经过酸化处理的石墨，所述石墨粉末的加入量根据最终需要获得的石墨烯/导电聚合物复合材料的量加以确定，所述石墨粉末的粒径不限，优选为需满足过300目筛。
在S2步骤中，所述氧化处理该石墨粉末的具体过程为：S21，将所述石墨粉末均匀分散至一硫酸溶液中，所述硫酸溶液的量不限，将所述石墨粉末完全溶解即可。具体为，可将过300目的1～20克石墨粉末加入至100～400毫升浓硫酸中形成一混合物，并进一步搅拌该混合物以均匀分散所述石墨粉末，所述搅拌时间不限，可为5分钟到30分钟。进一步地，在该搅拌的过程中可冰浴该混合物以防止该混合物温度过高；S22，向所述均匀分散有石墨粉末的硫酸溶液中缓慢加入一高锰酸钾粉末以形成一混合溶液，所述加入速度通过控制加入时间来控制，具体为可在30分钟至2小时内加入5～50克的高锰酸钾粉末以避免发生剧烈升温，且在加入所述高锰酸钾粉末的过程中，持续冰浴该混合溶液使其温度低于3℃；S23，撤去冰浴，并向所述混合溶液加入一定量的水，如可加入100～400毫升水(优选为蒸馏水或去离子水)，并加热该混合溶液使其温度升高到90℃～100℃以上范围内的一个定值温度以使混合溶液中的石墨粉末与高锰酸钾粉末和硫酸充分反应获得石墨氧化物，进一步地，在所述反应过程中可搅拌所述混合溶液；S24，进行至少一次的用水稀释过滤并洗涤所述石墨氧化物，并将所述石墨氧化物溶解在一pH值为5.5～10之间的溶液中，然后对上述溶液进行超声波处理1～120分钟得到石墨烯氧化物凝胶，所述超声波处理的目的是对步骤S23中所获得的石墨氧化物进行充分剥离，从而得到石墨烯氧化物，调节pH值的目的是使步骤S24获得的石墨烯氧化物片层呈现负电性，由于片层与片层之间的静电排斥作用，从而石墨烯氧化物片层之间不易团聚，进而使石墨烯氧化物溶液中的石墨烯氧化物不易沉淀；S25，从所述石墨烯氧化物凝胶中分离所述石墨烯氧化物，具体为向所述石墨烯氧化物凝胶中加入去离子水，并过滤出所述石墨烯氧化物，进一步地，可对所获得的石墨烯氧化物用去离子水进行再次溶解，然后过滤，即上述溶解和过滤的步骤可反复进行，优选为反复溶解并过滤该石墨烯氧化物不少于两次，从而得到较为纯净的石墨烯氧化物；S26，对分离后的石墨烯氧化物进行干燥及粉碎处理，该过程具体为：将所获得的石墨烯氧化物进行干燥处理，干燥温度优选为15～60摄氏度，干燥时间优选为12～48小时。进一步地，可对干燥后的石墨烯氧化物进行研磨，研磨方式不限，优选球磨方式，从而获得具有较小粒径的石墨烯氧化物粉末，请参阅图3，为所获得的石墨烯氧化物透射电子显微镜照片。
在所述步骤二中，所述石墨烯氧化物粉末可被溶解到一定量第一溶剂中，并可进一步对该石墨烯氧化物溶液进行分散处理。所述第一溶剂可为有机溶剂，如N，N-二甲基甲酰胺，N，N-二甲基乙酰胺，四氢呋喃，甲苯，二氯甲烷，三氯甲烷，一氯乙烷，二氯乙烷，N-甲基吡咯烷酮，或二硫化碳等。所述第一溶剂的加入量以能溶解所述全部石墨烯氧化物粉末即可，如可将100～300m克石墨烯氧化物粉末溶解于2～30毫升第一溶剂中。所述分散处理可为使用高速搅拌或超声波分散搅拌所述石墨烯氧化物溶液，所述搅拌时间可为3分钟～2小时。
所述功能化处理所述石墨烯氧化物溶液具体为：在一惰性气体保护且干燥的氛围下，向所述石墨烯氧化物溶液中加入酰氯化试剂，并保持该混合有酰氯化试剂的石墨烯氧化物溶液在25～90摄氏度下以使二者发生反应；之后去除所述残留的酰氯化试剂。
其中，所述惰性气体可为氮气、氦气等，所述酰氯化试剂可为二氯亚砜、苯甲酰氯、三氯氧磷、及五氯化磷等中的一种或几种。所述酰氯化试剂与所述石墨烯氧化物的质量比优选为2∶1～300∶1。所述保持该混合有酰氯化试剂的石墨烯氧化物溶液在25～90摄氏度下的时间可为10分钟～120分钟。另外，为使所述反应可充分进行，在反应的过程中可进一步搅拌所述混合有酰氯化试剂的石墨烯氧化物溶液。
所述去除所述残留的酰氯化试剂的具体方式可为：在一惰性气体保护下，加热上述反应完成后的混合物，以蒸发去除其中残留的酰氯化试剂和其他除石墨烯氧化物衍生物及石墨烯氧化物之外的杂质。
在步骤三中，所述导电聚合物可为聚苯胺及其衍生物中的一种或几种、或聚吡咯及其衍生物中的一种或几种等含氮导电高分子导电聚合物。所述的导电聚合物形状可为颗粒状、纳米纤维状、纳米管状、纳米或微米球状、或其他形貌。所述导电聚合物与上述石墨烯氧化物的质量比可为10∶1～1∶5，如1.5∶1。进一步地，可对所述导电聚合物进行过滤干燥处理，具体为，使用200～1000毫升去离子水清洗，并过滤。然后置于干燥箱中，在25～80摄氏度下干燥20分钟～24小时。
所述溶解所述导电聚合物的步骤可为：将所述导电聚合物溶于一第二溶剂中，分散处理得到一导电聚合物溶液。具体为：取一定量的导电聚合物溶解于第二溶剂中，其中该第二溶剂可为N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、四氢呋喃、甲苯、二氯甲烷、三氯甲烷、一氯乙烷、二氯乙烷、N-甲基吡咯烷酮、或二硫化碳，所述第二溶剂的加入量可完全溶解所述导电聚合物即可。
在步骤四中，所述获得的石墨烯/导电聚合物复合材料预制物溶液的具体方法是：在一惰性气体保护且干燥的氛围下，并在10～90摄氏度的温度下，将所述导电聚合物溶液加入到所述经过功能化处理的石墨烯氧化物溶液中，并持续搅拌15分钟～180分钟，从而获得石墨烯/导电聚合物复合材料预制物溶液。
在步骤五中，首先，对所得到的石墨烯/导电聚合物复合材料预制物溶液稀释，其次，对所得到的石墨烯/导电聚合物复合材料预制物溶液进行过滤，再其次，对进行过滤得到的石墨烯/导电聚合物复合材料预制物进行清洗并干燥处理。
具体为：可向所得到的溶液中加入50～200毫升的丙酮或50～200毫升去离子水进行稀释以便于后续过滤；然后将所得的溶液使用有0.1～0.5μm直径大小的微孔的微孔滤膜在溶剂过滤器上进行过滤；之后对过滤后的产物使用100～300毫升的去离子水进行清洗；最后对经过清洗后的产物的进行干燥，干燥温度为10～90℃，得到石墨烯/导电聚合物复合材料。
提供一种石墨烯氧化物粉末；溶解该石墨烯氧化物粉末以获得一石墨烯氧化物溶液，并对该石墨烯氧化物溶液进行功能化处理以活化该石墨烯氧化物；提供一导电聚合物，溶解该导电聚合物以获得一导电聚合物溶液；混合所述导电聚合物溶液与所述经过功能化处理的石墨烯氧化物溶液，使所述导电聚合物和经过活化的石墨烯氧化物发生化学反应以获得一石墨烯/导电聚合物复合材料预制物溶液；去除所述石墨烯/导电聚合物复合材料预制物溶液中的溶剂以获得石墨烯/导电聚合物复合材料。
本发明的优点在于：以化学方法将石墨烯通过化学键与导电聚合物材料进行连接，即通过石墨烯氧化物材料的酰氯基团和导电聚合物材料上的氨基进行取代反应而使石墨烯与导电聚合物的连接，从而使获得的石墨烯/导电聚合物复合材料结构稳定。
附图说明
图1是本发明石墨烯/导电聚合物复合材料制备方法的流程图；
图2是本发明石墨烯/导电聚合物复合材料制备方法的过程示意图；
图3是本发明实施例1提供的石墨烯氧化物的透射电子显微镜照片；
图4是本发明实施例1制备的石墨烯/导电聚合物复合材料的扫描电子显微镜照片；
图5是本发明实施例1制备的石墨烯/导电聚合物复合材料的透射电子显微镜照片。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。
实施例1
步骤一：提供一石墨烯氧化物粉末；即：将5克鳞片状自然石墨分散到100毫升浓硫酸中形成一混合物，在此过程中高速搅拌该混合物；在1小时内向上述混合物中加入10克高锰酸钾粉末，持续冰浴该混合有高锰酸钾的混合物以保持其温度不超过3℃；高锰酸钾加入完成后，撤去冰浴并缓慢加入400毫升的去离子水，之后对溶液进行加热，使溶液温度升高到100℃，在该100℃的温度下保持1小时，从而使石墨粉末与高锰酸钾粉末和硫酸充分反应形成石墨氧化物；反应结束后，稀释、过滤并洗涤所述石墨氧化物，然后将浓度为5％的Na2CO3溶液加入到石墨氧化物中并搅拌成为均匀的溶液，通过加入的浓度为5％的Na2CO3溶液的量调节溶液的pH值至6，并对该溶液进行超声处理，处理时间为30分钟，从而获得石墨烯氧化物凝胶；从所述石墨烯氧化物凝胶中过滤出所述石墨烯氧化物、并真空干燥该石墨烯氧化物，干燥温度为40℃，干燥时间为6小时；将200毫克的上述石墨烯氧化物粉末进行球磨，球磨后的粉末过325目筛；
步骤二：溶解该石墨烯氧化物粉末以获得一石墨烯氧化物溶液，并对该石墨烯氧化物溶液进行功能化处理以活化该石墨烯氧化物；具体为：将此200毫克石墨烯氧化物溶解于15毫升的N，N-2甲基甲酰胺中获得石墨烯氧化物溶液，对其进行超声处理，超声时间为10分钟；将二氯亚砜加入所述石墨烯氧化物溶液中，并油浴加热该混合有二氯亚砜的石墨烯氧化物溶液在65℃以使石墨烯氧化物和二氯亚砜进行反应，从而活化石墨烯氧化物，在反应过程中，使用干燥管对反应出口进行防水保护，反应持续时间为2小时；蒸发去除残余的二氯亚砜；
步骤三：提供一导电聚合物，溶解该导电聚合物以获得一导电聚合物溶液；即：将400毫克聚苯胺纤维溶解至25毫升N，N-2甲基甲酰胺中并进行搅拌，然后超声处理5分钟以获得均匀的导电聚合物溶液；
步骤四：混合所述导电聚合物溶液与所述经过功能化处理的石墨烯氧化物溶液，使所述导电聚合物和经过功能化处理的石墨烯氧化物发生化学反应以获得一石墨烯/导电聚合物复合材料预制物溶液；即：将所得的导电聚合物溶液加入到经过酰氯化后的石墨烯氧化物溶液中，之后在15℃下搅拌2小时，从而获得石墨烯/导电聚合物复合材料预制物溶液；
步骤五：去除所述石墨烯/导电聚合物复合材料预制物溶液中的溶剂以获得石墨烯/导电聚合物复合材料。即：将所得到的石墨烯/导电聚合物复合材料预制物溶液使用200毫升的丙酮或200毫升去离子水进行稀释，并将经过稀释的石墨烯/导电聚合物复合材料预制物溶液使用0.22μm微孔的微孔滤膜在溶剂过滤器上进行过滤，之后清洗过滤后的石墨烯/导电聚合物复合材料；干燥所述石墨烯/导电聚合物复合材料。
实施例2
步骤一：提供一石墨烯氧化物粉末；即：将5克鳞片状自然石墨分散到230毫升浓硫酸中形成一混合物，在此过程中高速搅拌该混合物；在1小时内向上述混合物中加入30克高锰酸钾粉末，持续冰浴该混合有高锰酸钾的混合物以保持其温度不超过3℃；高锰酸钾加入完成后，撤去冰浴并缓慢加入400毫升的去离子水，之后对溶液进行加热，使溶液温度升高到100℃，在该100℃的温度下保持1小时，从而使石墨粉末与高锰酸钾粉末和硫酸充分反应形成石墨氧化物；反应结束后，稀释、过滤并洗涤所述石墨氧化物，然后使用浓度为5％的Na2CO3溶液溶解石墨氧化物成为均一的溶液，并通过加入的Na2CO3溶液的量调节上述石墨氧化物溶液的pH值至6，并对该溶液进行超声处理，处理时间为30分钟，从而获得石墨烯氧化物凝胶；从所述石墨烯氧化物凝胶中过滤出所述石墨烯氧化物、并真空干燥该石墨烯氧化物，干燥温度为40℃，干燥时间为6小时；将200毫克的上述石墨烯氧化物粉末进行球磨，球磨后的粉末过300目筛；
步骤二：溶解该石墨烯氧化物粉末以获得一石墨烯氧化物溶液，并对该石墨烯氧化物溶液进行功能化处理以活化该石墨烯氧化物；即：将此200毫克石墨烯氧化物溶解于15毫升的四氢呋喃中获得石墨烯氧化物溶液，对其进行超声处理，超声时间为10分钟；将二氯亚砜加入所述石墨烯氧化物溶液中，并油浴加热该混合有二氯亚砜的石墨烯氧化物溶液在65℃以使石墨烯氧化物和二氯亚砜进行反应，从而活化石墨烯氧化物，在反应过程中，使用干燥管对反应出口进行保护，反应持续时间为2小时；蒸发去除残余的二氯亚砜；
步骤三：提供一导电聚合物，溶解该导电聚合物以获得一导电聚合物溶液；即：将此200毫克石墨烯氧化物溶解于15毫升的四氢呋喃中获得石墨烯氧化物溶液，对其进行超声处理，超声时间为10分钟；
步骤四：混合所述导电聚合物溶液与所述经过功能化处理的石墨烯氧化物溶液，使所述导电聚合物和经过功能化处理的石墨烯氧化物发生化学反应以获得一石墨烯/导电聚合物复合材料预制物溶液；即：将所得的导电聚合物溶液加入到经过酰氯化后的石墨烯氧化物溶液中，之后在15℃温度下持续搅拌2小时，从而获得石墨烯/导电聚合物复合材料预制物溶液；
步骤五：去除所述石墨烯/导电聚合物复合材料预制物溶液中的溶剂以获得石墨烯/导电聚合物复合材料。即：将所得到的石墨烯/导电聚合物复合材料预制物溶液使用200毫升的丙酮或200毫升去离子水进行稀释，并将经过稀释的石墨烯/导电聚合物复合材料预制物溶液使用0.22μm微孔的微孔滤膜在溶剂过滤器上进行过滤，之后清洗过滤后的石墨烯/导电聚合物复合材料；干燥所述石墨烯/导电聚合物复合材料。
实施例3
步骤一：提供一石墨烯氧化物粉末；即：将5克鳞片状自然石墨分散到230毫升浓硫酸中形成一混合物，在此过程中高速搅拌该混合物；在1小时内向上述混合物中加入30克高锰酸钾粉末，持续冰浴该混合有高锰酸钾的混合物以保持其温度不超过3℃；高锰酸钾加入完成后，撤去冰浴并缓慢加入400毫升的去离子水，之后对溶液进行加热，使溶液温度升高到100℃，在该100℃的温度下保持1小时，从而使石墨粉末与高锰酸钾粉末和硫酸充分反应形成石墨氧化物；反应结束后，稀释、过滤并洗涤所述石墨氧化物，然后将石墨氧化物用水溶解，然后加入浓度为5％的Na2CO3溶液使其pH值为6，并对该溶液进行超声处理，处理时间为30分钟，从而获得石墨烯氧化物凝胶；从所述石墨烯氧化物凝胶中过滤出所述石墨烯氧化物、并真空干燥该石墨烯氧化物，干燥温度为40℃，干燥时间为6小时；
步骤二：溶解该石墨烯氧化物粉末以获得一石墨烯氧化物溶液，并对该石墨烯氧化物溶液进行功能化处理以活化该石墨烯氧化物；即：将200毫克的上述石墨烯氧化物粉末进行球磨，球磨后的粉末过325目筛；将此200毫克石墨烯氧化物溶解于15毫升的N，N-二甲基甲酰胺中获得石墨烯氧化物溶液，对其进行超声处理，超声时间为10分钟；将二氯亚砜加入所述石墨烯氧化物溶液中，并油浴加热该混合有二氯亚砜的石墨烯氧化物溶液在65℃以使石墨烯氧化物和二氯亚砜进行反应，从而活化石墨烯氧化物，在反应过程中，使用干燥管对反应出口进行保护，反应持续时间为2小时；蒸发去除残余的二氯亚砜；
步骤三：提供一导电聚合物，溶解该导电聚合物以获得一导电聚合物溶液；即：将300毫克聚吡咯纳米管溶解至25毫升N，N-二甲基甲酰胺中并进行搅拌，然后超声处理5分钟以获得均匀的导电聚合物溶液；
步骤四：混合所述导电聚合物溶液与所述经过功能化处理的石墨烯氧化物溶液，使所述导电聚合物和经过功能化处理的石墨烯氧化物发生化学反应以获得一石墨烯/导电聚合物复合材料预制物溶液；即：将所得的导电聚合物溶液加入到经过酰氯化后的石墨烯氧化物溶液中，之后在65℃搅拌2小时，从而获得石墨烯/导电聚合物复合材料预制物溶液；
步骤五：去除所述石墨烯/导电聚合物复合材料预制物溶液中的溶剂以获得石墨烯/导电聚合物复合材料。即：将所得到的石墨烯/导电聚合物复合材料预制物溶液使用200毫升的丙酮或200毫升去离子水进行稀释，并将经过稀释的石墨烯/导电聚合物复合材料预制物溶液使用0.22μm微孔的微孔滤膜在溶剂过滤器上进行过滤，之后清洗过滤后的石墨烯/导电聚合物复合材料；干燥所述石墨烯/导电聚合物复合材料。
实施例4
步骤一：提供一石墨烯氧化物粉末；即：将5克鳞片状自然石墨分散到400毫升浓硫酸中形成一混合物，在此过程中高速搅拌该混合物；在1小时内向上述混合物中加入45克高锰酸钾粉末，持续冰浴该混合有高锰酸钾的混合物以保持其温度不超过3℃；高锰酸钾加入完成后，撤去冰浴并缓慢加入400毫升的去离子水，之后对溶液进行加热，使溶液温度升高到100℃，在该100℃的温度下保持1小时，从而使石墨粉末与高锰酸钾粉末和硫酸充分反应形成石墨氧化物；反应结束后，稀释、过滤并洗涤所述石墨氧化物，然后将石墨氧化物使用去离子水溶解，然后加入浓度为5％的Na2CO3溶液以调节石墨氧化物溶液的pH值至6.5，并对该溶液进行超声处理，处理时间为15分钟，从而获得石墨烯氧化物凝胶；从所述石墨烯氧化物凝胶中过滤出所述石墨烯氧化物、并真空干燥该石墨烯氧化物，干燥温度为40℃，干燥时间为6小时；
步骤二：溶解该石墨烯氧化物粉末以获得一石墨烯氧化物溶液，并对该石墨烯氧化物溶液进行功能化处理以活化该石墨烯氧化物；即：将200毫克的上述石墨烯氧化物粉末进行球磨，球磨后的粉末过300目筛；将此200毫克石墨烯氧化物溶解于15毫升的四氢呋喃中获得石墨烯氧化物溶液，对其进行超声处理，超声时间为10分钟；将二氯亚砜加入所述石墨烯氧化物溶液中，并油浴加热该混合有二氯亚砜的石墨烯氧化物溶液在65℃以使石墨烯氧化物和二氯亚砜进行反应，从而活化石墨烯氧化物，在反应过程中，使用干燥管对反应出口进行保护，反应持续时间为2小时；蒸发去除残余的二氯亚砜；
步骤三：提供一导电聚合物，溶解该导电聚合物以获得一导电聚合物溶液；即：将300毫克聚吡咯纳米管溶解至25毫升四氢呋喃中并进行搅拌，然后超声处理5分钟以获得均匀的导电聚合物溶液；
步骤四：混合所述导电聚合物溶液与所述经过功能化处理的石墨烯氧化物溶液，使所述导电聚合物和经过功能化处理的石墨烯氧化物发生化学反应以获得一石墨烯/导电聚合物复合材料预制物溶液；即：将所得的导电聚合物溶液加入到经过酰氯化后的石墨烯氧化物溶液中，之后在65℃搅拌2小时，从而获得石墨烯/导电聚合物复合材料预制物溶液；
步骤五：去除所述石墨烯/导电聚合物复合材料预制物溶液中的溶剂以获得石墨烯/导电聚合物复合材料。即：将所得到的石墨烯/导电聚合物复合材料预制物溶液使用200毫升的丙酮或200毫升去离子水进行稀释，并将经过稀释的石墨烯/导电聚合物复合材料预制物溶液使用0.22μm微孔的微孔滤膜在溶剂过滤器上进行过滤，之后清洗过滤后的石墨烯/导电聚合物复合材料；干燥所述石墨烯/导电聚合物复合材料。
本发明也提供一种通过上述方法制备的石墨烯/导电聚合物复合材料，所述石墨烯/导电聚合物复合材料包括通过酰胺基团进行化学键连接的石墨烯和导电聚合物。具体为，该石墨烯/导电聚合物复合材料是通过石墨烯氧化物上的酰氯基团和导电聚合物材料上的氨基进行反应而得到的。所述石墨烯氧化物上的酰氯基团是通过对石墨烯氧化物进行酰氯化反应而得到的。该石墨烯/导电聚合物复合材料在微观上显示导电聚合物被石墨烯包裹，在整体上呈现网络状结构。所述导电聚合物可为含氮导电高分子聚合物，具体可为聚苯胺及其衍生物中的一种或几种、或聚吡咯及其衍生物中的一种或几种。请参阅图4至图6，本实施例中，所述石墨烯/导电聚合物复合材料为石墨烯/聚苯胺复合材料，该石墨烯/聚苯胺复合材料包括通过酰胺基团进行化学键连接的石墨烯和聚苯胺。
Claims (10)
1.一种石墨烯/导电聚合物复合材料的制备方法，该方法包括以下步骤：
提供一种石墨烯氧化物粉末，
溶解该石墨烯氧化物粉末以获得一石墨烯氧化物溶液，并对该石墨烯氧化物进行活化得到功能化处理的石墨烯氧化物溶液，
提供一导电聚合物，溶解该导电聚合物以获得一导电聚合物溶液，
混合所述导电聚合物溶液与所述经过功能化处理的石墨烯氧化物溶液，使所述导电聚合物和经过活化的石墨烯氧化物发生化学反应以获得一石墨烯/导电聚合物复合材料预制物溶液，
去除所述石墨烯/导电聚合物复合材料预制物溶液中的溶剂以获得石墨烯/导电聚合物复合材料。
2.如权利要求1所述的石墨烯/导电聚合物复合材料的制备方法，其特征在于，所述石墨烯氧化物粉末通过以下步骤制备：
将粒径为过300目筛石墨粉末均匀分散至一硫酸溶液中，
向所述均匀分散有石墨粉末的硫酸溶液中逐渐加入一高锰酸钾粉末以形成一混合溶液，
向所述混合溶液加入水，并加热该混合溶液使其温度升高到90℃～100℃以使混合溶液中的石墨与高锰酸钾粉末和硫酸粉末发生反应以形成石墨氧化物，
稀释、过滤并洗涤所述石墨氧化物，并将该石墨氧化物溶解在一pH值为5.5～10之间的溶液中，及超声处理所述溶解有石墨氧化物且pH值为5.5～10的溶液以获得石墨烯氧化物凝胶，
从所述石墨氧化物凝胶中分离出石墨氧化物，及对分离后的石墨烯氧化物进行干燥处理得到石墨烯氧化物粉末。
3.如权利要求1所述的石墨烯/导电聚合物复合材料的制备方法，其特征在于，所述功能化处理的石墨烯氧化物溶液包括以下步骤：在一惰性气体保护且干燥的氛围下，向所述石墨烯氧化物溶液中混合入酰氯化试剂，并保持该混合有酰氯化试剂的石墨烯氧化物溶液在25～90摄氏度下以使石墨烯氧化物溶和酰氯化试剂发生反应，之后去除所述残留的酰氯化试剂。
4.如权利要求3所述的石墨烯/导电聚合物复合材料的制备方法，其特征在于，所述酰氯化试剂为二氯亚砜、苯甲酰氯、三氯氧磷、及五氯化磷等中的一种或几种。
5.如权利要求1所述的石墨烯/导电聚合物复合材料的制备方法，其特征在于，所述导电聚合物为含氮导电聚合物，所述含氮导电聚合物为聚苯胺、聚苯胺的衍生物、聚吡咯、或聚吡咯的衍生物；所述导电聚合物形状为颗粒状、纳米纤维状、纳米管状、或纳米或微米球状。
6.如权利要求1所述的石墨烯/导电聚合物复合材料的制备方法，其特征在于，所述导电聚合物与上述石墨烯氧化物的质量比可为10∶1～1∶5。
7.如权利要求4所述的石墨烯/导电聚合物复合材料的制备方法，其特征在于：所述酰氯化试剂与所述石墨烯氧化物的质量比为2∶1～300∶1。
8.如权利要求1所述的石墨烯/导电聚合物复合材料预制物溶液的制备方法，其特征在于：在一惰性气体保护且干燥的氛围下，并在10～90摄氏度的温度下，将导电聚合物溶液加入到所述经过功能化处理的石墨烯氧化物溶液中，并持续搅拌15分钟～180分钟，从而获得石墨烯/导电聚合物复合材料预制物溶液。
9.一种石墨烯/导电聚合物复合材料，其特征在于：石墨烯/导电聚合物复合材料在微观上为导电聚合物被石墨烯包裹，在整体上呈现网络状结构。
10.如权利要求9所述的石墨烯/导电聚合物复合材料，其特征在于：所述石墨烯/导电聚合物复合材料是通过石墨烯氧化物上的酰氯基团和导电聚合物上的氨基进行反应而得到的。
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