CN102220597B - 一种导电聚合物-石墨烯复合物的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种导电聚合物-石墨烯复合物的制备方法，本发明将将导电基底作为工作电极，将工作电极、对电极和参比电极置入含有氧化石墨烯和导电聚合物的单体的水分散液中，经电化学反应将单体聚合和氧化石墨烯还原并沉积至工作电极表面。该导电聚合物-石墨烯复合物可广泛用于传感器、电容器、电池及催化等领域。
Description
技术领域：
本发明涉及一种导电聚合物-石墨烯复合物的制备方法。
背景技术：
自从发现石墨烯以来，由于其优异的机械、电子和热稳定性能，石墨烯在电子器件、电极、电容器、传感器及复合材料方面应用受到人们广泛重视，成为当前国际热门研究领域。导电聚合物相对于传统的导体和半导体具有导电性能可调、柔韧性好及成本低廉等优点，也具有广泛的应用价值。然而，单纯的导电聚合物化学、机械及热稳定性差，将石墨烯与导电聚合物复合可克服单纯导电聚合物的缺点，并兼具两者的优点。因此，石墨烯/导电聚合物复合材料的制备最近引起了极大的关注。目前石墨烯与导电聚合物的复合材料通常是在石墨烯悬浊液中氧化聚合相应的单体而得到的，其缺点在于石墨烯从氧化石墨烯预先制备出来，因此石墨烯与导电聚合物分步制备，费时费力；且还原氧化学石墨烯需用到有毒的试剂(如水合肼)，而化学聚合导电聚合物导致产物中残留氧化剂，这将影响到石墨烯/导电聚合物复合材料的最终性能。因此，采用简单、快速、绿色的方法制备“干净”的石墨烯/导电聚合物复合材料是该领域中一个重要的课题。本发明导电聚合物-石墨烯复合物制备方法简单、操作方便、不涉及毒性的化学试剂，且得到的产物纯净。
发明内容
本发明的目的在于一步电化学沉积制备导电聚合物-石墨烯复合物，电化学还原氧化石墨烯和电聚合单体将石墨烯和聚合物沉积在电极表面形成复合物；本发明的方法具有操作简单、环保、快速特点。
一种导电聚合物-石墨烯复合物的制备方法，将导电基底作为工作电极，将工作电极、对电极和参比电极置入含有氧化石墨烯和导电聚合物的单体的水分散液中，经电化学反应将单体聚合和氧化石墨烯还原，并沉积至工作电极表面。
所述的电化学反应所采用的方式为循环伏安方式。
所述的循环伏安方式是在电化学工作站上进行循环伏安扫描。
所述的经电化学反应将单体聚合和氧化石墨烯还原，并沉积至工作电极表面的步骤包括：先将电沉积过程中的扫描电位达到单体聚合电位先单独进行单体聚合，在工作电极表面沉积得到导电聚合物，然后将扫描电位达到可实现氧化石墨烯的还原及单体聚合的共沉积电位，得到的石墨烯和导电聚合物同时被沉积到工作电极表面；接着循环上述电沉积扫描电位操作。
导电聚合物单体可以是苯胺、巯基苯胺、对苯二胺、吡咯或噻吩。
导电聚合物是聚苯胺或其衍生物、聚吡咯及或衍生物、聚噻吩或其衍生物中的一种。
对电极选自Pt，Pd等惰性金属。
参比电极选自SCE、Ag/AgCl等标准电极。
所述水分散液的pH值为6-13。
本发明具体过程如下：将导电基底作为工作电极，将工作电极、对电极和参比电极置入含有氧化石墨烯和单体的水分散液中。在电化学反应过程中的先将扫描电位达到单体聚合电位，在电极表面先单独沉积导电聚合物，然后扫描电位达到氧化石墨烯的还原电位(此电位也满足单体聚合，即共沉积电位)，石墨烯和导电聚合物同时被沉积到电极表面；接着循环上述电沉积扫描电位操作。即扫描电位循环到单独沉积聚合物的电位，又开始单独沉积聚合物，再循环到石墨烯和聚合物还原电位(即共沉积电位)，根据沉积层数要求确定循环数。
本方法具有操作简单、绿色、快速等特点。通过本发明的方法制备得到复合物可广泛用于传感器、电容器、催化剂及复合材料等领域。
附图说明
图1.实施例1沉积在在玻碳电极表面的聚苯胺-石墨烯复合物扫描电镜图片。
图2.实施例2沉积在玻碳电极表面得到的在聚对苯二胺-石墨烯复合物的扫描电镜图片。
图3.实施例3沉积在玻碳电极表面得到的聚吡咯-石墨烯复合物薄膜的扫描电镜图片。
图4.实施例4沉积在玻碳电极表面得到的聚噻吩-石墨烯复合物薄膜的扫描电镜图片。
图5.实施例5沉积在金电极表面得到的聚苯胺-石墨烯复合物薄膜的扫描电镜图片。
图6.实施例6沉积在金电极表面得到的聚吡咯-石墨烯复合物薄膜的扫描电镜图片。
图7.实施例7沉积在钛电极表面得到的聚噻吩-石墨烯复合物薄膜的扫描电镜图片。
具体实施方式
以下实施例旨在说明本发明而不是对本发明的进一步限定。
实施例1：
聚苯胺-石墨烯复合物的制备
(1)工作电极：将玻碳电极抛光、清洗干净备用；
(2)氧化石墨烯水分散液配制：将氧化石墨烯加入到磷酸盐缓冲溶液(pH＝8)(根据氧化石墨烯水分散液的浓度为0.3mg/mL来控制氧化石墨烯的加入量)，超声分散30分钟，得到氧化石墨烯水分散液；
(3)氧化石墨烯与苯胺单体分散液的配制：量取减压蒸馏过的苯胺单体加入到上述氧化石墨烯分散液中，使苯胺浓度为0.1M，超声分散30分钟得到氧化石墨烯与苯胺单体分散液；
(4)聚苯胺-石墨烯复合物的制备：以玻碳电极为工作电极，铂电极为对电极，饱和甘汞电极为参比电极，将以上三电极置于氧化石墨烯-苯胺水分散液中，在电化学工作站上进行循环伏安扫描，扫描电压区间为-1.4伏特至0.9伏特，扫描速率为每秒25毫伏。苯胺聚合成聚苯胺后先进行沉积，然后氧化石墨烯还原成石墨烯，并与聚苯胺一起共沉积在电极表面，得到聚苯胺-石墨烯复合物薄膜，循环次数不同可以得到不同厚度的薄膜。图1为在玻碳电极表面的聚苯胺-石墨烯复合物薄膜扫描电镜图片。
实施例2：
石墨烯/聚对苯二胺复合物的制备
将实施例1中的苯胺单体用对苯二胺单体代替，其它条件同实施例1。图2为玻碳电极表面得到的在聚对苯二胺-石墨烯复合物薄膜的扫描电镜图片。
实施例3：
聚吡咯-石墨烯复合物的制备
将实施例1中的苯胺单体用吡咯单体代替，水分散液pH值为9.0，其它条件同实施例1。图3为在玻碳电极表面得到的聚吡咯-石墨烯复合物薄膜的扫描电镜图片。
实施例4：
聚噻吩-石墨烯复合物的制备
将实施例1中的苯胺单体用噻吩单体代替，分散液pH值为10.0，其它条件同实施例1。图4为在玻碳电极表面得到的聚噻吩-石墨烯复合物薄膜的扫描电镜图片。
实施例5：
聚苯胺-石墨烯复合物的制备
将实施例1中的玻碳电极用金电极代替，其余同实施例1。图5为在金电极表面得到的聚苯胺-石墨烯复合物薄膜的扫描电镜图片。
实施例6：
聚吡咯-石墨烯复合物的制备
将实施例3中的玻碳电极用金电极代替，其余同实施例3。图6为金电极表面得到的聚吡咯-石墨烯复合物薄膜的扫描电镜图片。
实施例7：
聚噻吩-石墨烯复合物的制备
将实施例4中的玻碳电极用钛电极代替，其它条件同实施例4。图7为在钛电极表面得到的聚噻吩-石墨烯复合物薄膜的扫描电镜图片。
Claims (6)
1.一种导电聚合物-石墨烯复合物的制备方法，其特征在于，将导电基底作为工作电极，将工作电极、对电极和参比电极置入含有氧化石墨烯和导电聚合物的单体的水分散液中，经电化学反应将单体聚合和氧化石墨烯还原并沉积至工作电极表面；导电聚合物的单体是苯胺、巯基苯胺、对苯二胺、吡咯或噻吩；所述的电化学反应将单体聚合和氧化石墨烯还原并沉积至工作电极表面的步骤包括：先将电化学反应过程中的扫描电位达到单体聚合电位先单独进行单体聚合，在工作电极表面沉积得到导电聚合物；然后将扫描电位达到可实现氧化石墨烯的还原及单体聚合的共沉积电位，得到的石墨烯和导电聚合物同时被沉积到工作电极表面；接着循环上述扫描电位操作。
2.根据权利要求1所述的导电聚合物-石墨烯复合物的制备方法，所述的电化学反应所采用的方式为循环伏安方式。
3.根据权利要求2所述的导电聚合物-石墨烯复合物的制备方法，其特征在于，所述的循环伏安的方式是在电化学工作站上进行循环伏安扫描。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种导电聚合物-石墨烯复合物的制备方法，其特征在于，导电基底选自金电极、玻碳电极、钛电极、铜电极或铂电极。
5.根据权利要求1所述的一种导电聚合物-石墨烯复合物的制备方法，其特征在于，导电聚合物是聚苯胺或其衍生物、聚吡咯或其衍生物、聚噻吩或其衍生物中的一种。
6.根据权利要求1或2或3所述的一种导电聚合物-石墨烯复合物的制备方法，其特征在于，所述水分散液的pH值为6-13。
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