CN104003377A - 一种高比电容的还原氧化石墨烯的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高比电容的还原氧化石墨烯的制备方法，通过对Hummers法制备的氧化石墨烯（GO）进行还原，制备高比电容的rGO。制备过程中：利用聚电解质阻止石墨烯片层堆积以提高其比表面积利用率；随后控制还原电位以保留GO的部分含氧官能团，从而产生一定的赝电容。制备的rGO在扫描速度为5mV/s时，比电容值高达387F/g，远高于已公开的rGO材料。而且在经受1500次的充放电后，比电容值仍为初始比电容值的94%。而且合成方法简单，对环境污染小，对设备要求低。

Description

一种高比电容的还原氧化石墨烯的制备方法

技术领域

本发明涉及一种高比电容的还原氧化石墨烯（rGO）的制备方法，属于纳米材料的制备及应用技术领域。

背景技术

超级电容器是一种介于传统电容器和化学电池之间的新型储能装置，具有充电时间短、能量密度高、使用寿命长、温度特性好、节约能源和绿色环保等特点。碳材料由于低成本、易利用、无毒、环境友好等特点在超级电容器的电极材料中得到广泛应用。超级电容器中常用的碳材料包括活性炭粉末、碳纳米管、碳气凝胶、介孔碳和碳纳米纤维等，他们的比电容值约为100F/g左右。石墨烯是一种新型的碳材料，具有大的比表面和优良的导电性，是一种理想的电容材料，其理论比电容值达到550F/g。但已报道的石墨烯，由于石墨烯片层的堆积，实际比表面利用率较低，因此比电容远小于理论值。

本发明通过对Hummers法制备的氧化石墨烯（GO）进行还原，制备高比电容的rGO。制备过程中：利用聚电解质阻止石墨烯片层堆积以提高其比表面积利用率；随后控制还原电位以保留GO的部分含氧官能团，从而产生一定的赝电容。制备的rGO在扫描速度为5mV/s时，比电容值高达387F/g，远高于已报道的rGO材料。而且在经受1500次的充放电后，比电容值仍为初始比电容值的94%。而且合成方法简单，对环境污染小，对设备要求低。 

发明内容

本发明的目的是制备高比电容的rGO。该方法具有操作简单，对环境污染小，制备周期短，能耗低的优点。制备的rGO制备的rGO比电容值高达387F/g，远高于已报道的rGO材料，而且在经受1500次的充放电后依然保持了很好的电容性能。为达到上述目的，本发明所述的制备rGO的方法是：

第一步：通过Hummers法制备得到GO。

第二步：在1mg/mL的GO的N,N-二甲基甲酰胺（DMF）分散液中加入一定体积的0.01g/mL的PSS水溶液, 加热到70～120℃，恒温反应数小时后，离心洗涤三次，将所得产品分散在水中，记为PSS-GO。

第三步：将一定量的PSS-GO溶液滴于玻碳电极表面，在空气中干燥后以此电极为工作电极，饱和甘汞电极（SCE）为参比电极，铂丝为对电极，电解液为1M的KCl溶液中，在-1.2V（vs. SCE）时利用恒电势法还原PSS-GO，得到了高比电容的rGO。

第四步：采用三电极体系，SCE为参比电极，铂丝为对电极，电解液为1M的KCl溶液中对得到的rGO的电容性能进行表征。发现当扫描速度为5mV/s时，比电容值高达387F/g，远高于已报道的rGO材料。而且在经受1500次的充放电后，比电容值仍为初始比电容值的94%。

本发明上述的高比电容的rGO制备方法，与现有技术相比，能够既环保又快捷的制备出比电容高，电容稳定性能好的rGO超级电容器电极材料，且反应条件温和，操作简单。并且本发明无需加入常用的有毒强还原剂成功解决了现有制备rGO技术的环境污染问题。

附图说明

图1是实施例1中制备的PSS-GO的透射电镜照片，图2是实施例1中制备的PSS-GO经过-1.2 V下还原200s得到的不同扫速的rGO的循环伏安曲线，图3是实施例1中制备的rGO在经过1500次的充放电后的充放电曲线，图4是实施例1中制备的rGO充放电过程中的电容变化。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行详细说明：。

实施例一：具体步骤如下：

第一步：通过Hummers法制备得到GO。

第二步：在1mg/mL的GO的N,N-二甲基甲酰胺（DMF）分散液中加入5mL的0.01g/mL的PSS水溶液, 加热到85℃，恒温反应8小时后，离心洗涤三次，将所得产品分散在水中，记为PSS-GO。

第三步：将一定量的PSS-GO溶液滴于玻碳电极表面，在空气中干燥后以此电极为工作电极，饱和甘汞电极（SCE）为参比电极，铂丝为对电极，电解液为1M的KCl溶液中，在-1.2 V（vs. SCE）时利用恒电势法还原PSS-GO，经过5 min，得到了高比电容的rGO。

第四步：采用三电极体系，SCE为参比电极，铂丝为对电极，电解液为1M的KCl溶液中对得到的rGO的电容性能进行表征。发现当扫描速度为5mV/s时，比电容值高达387F/g。而且在经受1500次的充放电后，比电容值仍为初始比电容值的94%。

实施例二：具体步骤如下：

第一步：通过Hummers法制备得到GO。

第二步：在1mg/mL的GO的N,N-二甲基甲酰胺（DMF）分散液中加入5mL 0.01g/mL的聚乙烯吡咯烷酮（PVP）水溶液, 加热到85℃，恒温反应8小时后，离心洗涤三次，将所得产品分散在水中，记为PVP-GO。

第三步：将一定量的PVP-GO溶液滴于玻碳电极表面，在空气中干燥后以此电极为工作电极，饱和甘汞电极（SCE）为参比电极，铂丝为对电极，电解液为1M的KCl溶液中，在-1.2 V（vs. SCE）时利用恒电势法还原PVP-GO，经过5 min，得到了高比电容的rGO。

第四步：采用三电极体系，SCE为参比电极，铂丝为对电极，电解液为1M的KCl溶液中对得到的rGO的电容性能进行表征。发现当扫描速度为5mV/s时，比电容值高达365F/g。而且在经受1500次的充放电后，比电容值仍为初始比电容值的92%。 

Claims (1)

1.一种高比电容的还原氧化石墨烯（rGO）的制备方法，其特征是该方法具有以下工艺步骤：

第一步：通过Hummers法制备得到GO；

第二步：在1mg/mL的GO的N,N-二甲基甲酰胺（DMF）分散液中加入5mL的0.01g/mL的PSS水溶液或者5mL的0.01g/mL的PVP水溶液，加热到70～120℃，恒温反应8小时后，离心洗涤三次，将所得产品分散在水中，记为PSS-GO；

第三步：将适量的PSS-GO溶液滴于玻碳电极表面，在空气中干燥后以此电极为工作电极，饱和甘汞电极（SCE）为参比电极，铂丝为对电极，电解液为1M的KCl溶液中，在-1.2V（vs. SCE）时利用恒电势法还原PSS-GO，经过5分钟，得到了高比电容的rGO；

第四步：采用三电极体系，SCE为参比电极，铂丝为对电极，电解液为1M的KCl溶液中对得到的rGO的电容性能进行表征；当扫描速度为5mV/s时，比电容值高达387F/g；而且在经受1500次的充放电后，比电容值仍为初始比电容值的94%。