CN105017527A - 一种负载普鲁士蓝纳米晶的石墨烯复合材料的制备方法及其应用 - Google Patents

一种负载普鲁士蓝纳米晶的石墨烯复合材料的制备方法及其应用 Download PDF

Info

Publication number
CN105017527A
CN105017527A CN201510385686.5A CN201510385686A CN105017527A CN 105017527 A CN105017527 A CN 105017527A CN 201510385686 A CN201510385686 A CN 201510385686A CN 105017527 A CN105017527 A CN 105017527A
Authority
CN
China
Prior art keywords
solution
composite material
prussian blue
preparation
load
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201510385686.5A
Other languages
English (en)
Inventor
邹勇进
王庆勇
向翠丽
褚海亮
邱树君
徐芬
孙立贤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Guilin University of Electronic Technology
Original Assignee
Guilin University of Electronic Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Guilin University of Electronic Technology filed Critical Guilin University of Electronic Technology
Priority to CN201510385686.5A priority Critical patent/CN105017527A/zh
Publication of CN105017527A publication Critical patent/CN105017527A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/13—Energy storage using capacitors

Landscapes

  • Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)

Abstract

本发明公开了一种负载普鲁士蓝纳米晶的石墨烯复合材料的制备方法及其在超级电容器中的应用。该新型复合材料应用于超级电容器，在5A/g时，其电容可以达到350F/g，而且复合材料可以表现出良好的循环稳定性，连续充放电1000个循环，容量只损失2％。本发明的在溶液中实现了普鲁士蓝纳米晶在石墨烯上面的直接合成。此外，石墨烯、有良好的导电性，可以改善复合材料的导电性能。而且该新型复合材料制备工艺比较简单，制造成本低等优点，对应用于超级电容器有很大的优势。

Description

一种负载普鲁士蓝纳米晶的石墨烯复合材料的制备方法及其应用
技术领域
本发明涉及纳米材料技术领域，尤其涉及一种负载普鲁士蓝纳米晶的石墨烯复合材料的制备方法及在超级电容器方面的应用。
背景技术
超级电容器作为一种兼有传统电容器与二次电池优点的新型储能器件，能提供高于传统电容器的能量密度，以及相较于二次电池更加优异的功率密度和循环寿命，有望在能量转化、航天系统、通讯工程以及微电子器件等领域得到广泛应用。电极材料是超级电容器的核心部件，其性能的好坏直接决定电容器性能的优劣。导电聚合物材料、多孔材料等一直是超级电容器常用的材料。将其与比表面积极高、导电性能突出的石墨烯复合，会产生显著的协同效应，改善其电容量小、导电性差、循环寿命短等缺点。石墨烯具有良好的导电性，是很具有潜力的储能材料。本发明采用负载普鲁士蓝纳米晶的石墨烯作为超级电容器的电极材料，表现出良好的性能。
发明内容
本发明的目的是要提供一种负载普鲁士蓝纳米晶的石墨烯复合材料的制备方法及在超级电容器方面的应用。
本发明采用如下技术方案：
本发明的负载普鲁士蓝纳米晶的石墨烯复合材料的制备方法的具体步骤如下：
(1)将每0.1-1mol盐酸和0.1-1mol苯胺对应加入到50mL水溶液中；
(2)将氧化石墨烯超声分散在步骤(1)的到的溶液中，记为溶液M；
(3)将每0.001-0.1mol的Fe(NO3)3、K3Fe(CN)6、HCl对应加入到50mL水溶液中，记为溶液N；
(4)将步骤(3)的溶液N缓慢地向步骤(2)的溶液M中滴加，并用磁力搅拌器对进行搅拌；
(5)滴加完成后，再让溶液反应2小时，过滤、洗涤、干燥，得到本发明的负载普鲁士蓝纳米晶的石墨烯复合材料。
步骤(1)中，盐酸和苯胺的摩尔比为1:1。
步骤(2)中，氧化石墨烯的加入量是使溶液中氧化石墨烯的浓度为0.01g/L。
步骤(3)中，Fe(NO3)3，K3Fe(CN)6，HCl的摩尔比为1:1:50。
步骤(3)中，溶液N与溶液M的体积比为50:50。
本发明的方法制备的Fe(NO3)3可以用于制备超级电容器。
所述应用的具体方法如下：
(A)将所制备的负载普鲁士蓝纳米晶的石墨烯复合材料每5-20mg，对应超声分散到1-2mL N,N-二甲基甲酰胺溶液中，然后再向该溶液对应加入50μL 5％的Nafion溶液，取该纳米复合材料的悬浮液10-20μL滴在玻碳电极的表面，在红外灯下烤干；
(B)将所制备的电极作为超级电容器的电极，在pH＝5的0.1mol/LKCl溶液中进行电化学测试，测试电容器的充放电性能。
本发明的工作原理是：
酸性的Fe(NO3)3溶液具有很强的氧化性，可以用作聚苯胺材料的引发剂。另一方面苯胺可以在很多氧化剂的作用下发生聚合反应，尽管Fe(NO3)3相对于标准氢电极(SHE)只有0.77V，也常被用作为苯胺聚合的氧化剂。即苯胺完全可以在酸性的FeCl3-K3[Fe(CN)6]中发生氧化聚合反应，同时Fe(NO3)3-K3[Fe(CN)6]也被苯胺还原成普鲁士蓝。因此在溶液中实现了聚苯胺和普鲁士蓝纳米晶的同时合成，而且可以利用聚苯胺对普鲁士蓝的保护作用，提高普鲁士蓝在电极上的稳定性。此外，石墨烯、聚苯胺有良好的导电性，可以改善复合材料的导电性能。
本发明的优点是：
1.一步法合成：通过氧化还原反应，在溶液中一步合成了负载普鲁士蓝纳米晶的石墨烯复合材料，而且可以通过Fe(NO3)3溶液的浓度来控制负载在石墨烯上面的普鲁士蓝纳米晶的密度，方法简单；
2.应用效果好：普鲁士蓝具有良好的氧化还原性能，和聚苯胺、石墨烯复合在一起后，有效提高了其稳定性和电化学性能；
3.使用方便：直接将其滴在电极上即可，操作简便，重现性好。
4.所制备的超级电容器具有良好的稳定性和充放电性能。
附图说明
图1为石墨烯-普鲁士蓝纳米晶复合材料的扫描电镜图。
从图1可以看出，普鲁士蓝纳米晶粒子均匀地分散在石墨烯表面上，聚苯胺有效保护了普鲁士蓝，提高了其在溶液中的稳定性。
图2为石墨烯-普鲁士蓝纳米晶复合材料在的批pH＝7的KCl缓冲溶液50个循环的循环伏安曲线。
从图中可以看出，连续扫描50个循环，伏安曲线的峰电流几乎没有发生变化，说明所制备的石墨烯-普鲁士蓝纳米晶复合材料具有良好的稳定性。
图3石墨烯-普鲁士蓝纳米晶复合材料制备的超级电容器的电极的充放电曲线。
图4为石墨烯-普鲁士蓝纳米晶复合材料制备的超级电容器的电极的充放电循环稳定性。
具体实施方式
下面的实施例是对本发明的进一步详细描述。
实施例1：
(1)配制0.1M苯胺+0.1M HCl溶液50mL
(2)取0.01g的氧化石墨烯超声分散在步骤(1)溶液中，记为M
(3)配制0.02M Fe(NO3)3+0.02M K3Fe(CN)6+0.1M HCl溶液50mL，记为溶液N
(4)将步骤(3)的溶液缓慢地向步骤(2)溶液中滴加，并用磁力搅拌器对步骤(2)的溶液进行搅拌；
(5)滴加完成后，再让溶液反应12小时，过滤、洗涤、干燥。
(6)取0.1g石墨烯-普鲁士蓝纳米晶复合材料超声分散到1mLN,N-二甲基甲酰胺溶液中，然后再向该溶液加入50μL 5％的Nafion溶液，取该纳米复合材料的悬浮液10μL滴在玻碳电极的表面，在红外灯下烤干；
(7)将所制备的电极作为超级电容器的电极，在pH＝5的0.1mol/LKCl溶液中进行电化学测试，测试电容器的充放电性能。
实施例2：
(1)配制0.1M苯胺+0.1M HCl溶液50mL
(2)取0.02g的石墨烯超声分散在步骤(1)溶液中，记为M
(3)配制0.02M Fe(NO3)3+0.02M K3Fe(CN)6+0.1M HCl溶液50mL，记为溶液N
(4)将步骤(3)的溶液缓慢地向步骤(2)溶液中滴加，并用磁力搅拌器对步骤(2)的溶液进行搅拌；
(5)滴加完成后，再让溶液反应12小时，过滤、洗涤、干燥。
(6)取0.1g石墨烯-普鲁士蓝纳米晶复合材料超声分散到1mLN,N-二甲基甲酰胺溶液中，然后再向该溶液加入50μL 5％的Nafion溶液，取该纳米复合材料的悬浮液10μL滴在玻碳电极的表面，在红外灯下烤干；
(7)将所制备的电极作为超级电容器的电极，在pH＝5的0.1mol/L KCl溶液中进行电化学测试，测试电容器的充放电性能。
最后所要说明是的，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (7)

1.一种负载普鲁士蓝纳米晶的石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于：所述方法的具体步骤如下：
(1)将每0.1-1mol盐酸和0.1-1mol苯胺对应加入到50mL水溶液中；
(2)将氧化石墨烯超声分散在步骤(1)的到的溶液中，记为溶液M；
(3)将每0.001-0.1mol的Fe(NO3)3、K3Fe(CN)6、HCl对应加入到50mL水溶液中，记为溶液N；
(4)将步骤(3)的溶液N缓慢地向步骤(2)的溶液M中滴加，并用磁力搅拌器对进行搅拌；
(5)滴加完成后，再让溶液反应2小时，过滤、洗涤、干燥，得到本发明的负载普鲁士蓝纳米晶的石墨烯复合材料。
2.如权利要求1所述的负载普鲁士蓝纳米晶的石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，盐酸和苯胺的摩尔比为1:1。
3.如权利要求1所述的负载普鲁士蓝纳米晶的石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，氧化石墨烯的加入量是使溶液中氧化石墨烯的浓度为0.01g/L。
4.如权利要求1所述的负载普鲁士蓝纳米晶的石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，Fe(NO3)3，K3Fe(CN)6，HCl的摩尔比为1:1:50。
5.如权利要求1所述的负载普鲁士蓝纳米晶的石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，溶液N与溶液M的体积比为50:50。
6.如权利要求1-5任一项所述的方法制备的Fe(NO3)3用于制备超级电容器的应用。
7.如权利要求6所述的应用，其特征在于：所述应用的具体方法如下：
(A)将所制备的负载普鲁士蓝纳米晶的石墨烯复合材料每5-20mg，对应超声分散到1-2mL N,N-二甲基甲酰胺溶液中，然后再向该溶液对应加入50μL 5％的Nafion溶液，取该纳米复合材料的悬浮液10-20μL滴在玻碳电极的表面，在红外灯下烤干；
(B)将所制备的电极作为超级电容器的电极，在pH＝5的0.1mol/LKCl溶液中进行电化学测试，测试电容器的充放电性能。
CN201510385686.5A 2015-07-05 2015-07-05 一种负载普鲁士蓝纳米晶的石墨烯复合材料的制备方法及其应用 Pending CN105017527A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510385686.5A CN105017527A (zh) 2015-07-05 2015-07-05 一种负载普鲁士蓝纳米晶的石墨烯复合材料的制备方法及其应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510385686.5A CN105017527A (zh) 2015-07-05 2015-07-05 一种负载普鲁士蓝纳米晶的石墨烯复合材料的制备方法及其应用

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN105017527A true CN105017527A (zh) 2015-11-04

Family

ID=54407860

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510385686.5A Pending CN105017527A (zh) 2015-07-05 2015-07-05 一种负载普鲁士蓝纳米晶的石墨烯复合材料的制备方法及其应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105017527A (zh)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106745068A (zh) * 2016-12-12 2017-05-31 华中科技大学 一种低缺陷的纳米普鲁士蓝的制备方法及其应用
CN106960956A (zh) * 2017-04-01 2017-07-18 上海中聚佳华电池科技有限公司 改性普鲁士蓝材料、钠离子电池正极片及制备方法
CN107799318A (zh) * 2017-10-24 2018-03-13 上海交通大学 普鲁士蓝/还原石墨烯复合薄膜材料及其制备方法和应用
CN108630446A (zh) * 2017-03-20 2018-10-09 北京大学深圳研究生院 用于非对称超级电容器的正极片及水系非对称超级电容器
CN109473290A (zh) * 2017-09-08 2019-03-15 中国科学院物理研究所 一种水溶液钾离子电池电容器和应用
CN109867295A (zh) * 2019-02-01 2019-06-11 武汉理工大学 普鲁士蓝纳米花电极材料及其制备方法与应用
CN111640589A (zh) * 2020-06-11 2020-09-08 南昌航空大学 一种基于普鲁士蓝的柔性对称超级电容器的制备方法
CN111916709A (zh) * 2020-08-13 2020-11-10 电子科技大学 一种用于水系锌离子混合储能装置的电极材料的制备方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101527202A (zh) * 2009-04-24 2009-09-09 南京理工大学 氧化石墨烯/聚苯胺超级电容器复合电极材料及其制备方法、用途

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101527202A (zh) * 2009-04-24 2009-09-09 南京理工大学 氧化石墨烯/聚苯胺超级电容器复合电极材料及其制备方法、用途

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
MIN LUO等: ""A novel interlocked Prussian blue/reduced graphene oxide nanocomposites as high-performance supercapacitor electrodes"", 《J SOLID STATE ELECTROCHEM》 *
YONGJIN ZOU等: ""Biosensor based on polyaniline-Prussian Blue/multi-walled carbon nanotubes hybrid composites"", 《BIOSENSORS AND BIOELECTRONICS》 *

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106745068A (zh) * 2016-12-12 2017-05-31 华中科技大学 一种低缺陷的纳米普鲁士蓝的制备方法及其应用
CN108630446A (zh) * 2017-03-20 2018-10-09 北京大学深圳研究生院 用于非对称超级电容器的正极片及水系非对称超级电容器
CN106960956A (zh) * 2017-04-01 2017-07-18 上海中聚佳华电池科技有限公司 改性普鲁士蓝材料、钠离子电池正极片及制备方法
CN109473290A (zh) * 2017-09-08 2019-03-15 中国科学院物理研究所 一种水溶液钾离子电池电容器和应用
CN109473290B (zh) * 2017-09-08 2021-02-05 中国科学院物理研究所 一种水溶液钾离子电池电容器和应用
CN107799318A (zh) * 2017-10-24 2018-03-13 上海交通大学 普鲁士蓝/还原石墨烯复合薄膜材料及其制备方法和应用
CN109867295A (zh) * 2019-02-01 2019-06-11 武汉理工大学 普鲁士蓝纳米花电极材料及其制备方法与应用
CN111640589A (zh) * 2020-06-11 2020-09-08 南昌航空大学 一种基于普鲁士蓝的柔性对称超级电容器的制备方法
CN111916709A (zh) * 2020-08-13 2020-11-10 电子科技大学 一种用于水系锌离子混合储能装置的电极材料的制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105017527A (zh) 一种负载普鲁士蓝纳米晶的石墨烯复合材料的制备方法及其应用
Yuan et al. Flexible solid-state supercapacitors based on carbon nanoparticles/MnO2 nanorods hybrid structure
Roy et al. Morphological behaviour, electronic bond formation and electrochemical performance study of V2O5-polyaniline composite and its application in asymmetric supercapacitor
Huang et al. Sewable and cuttable flexible zinc-ion hybrid supercapacitor using a polydopamine/carbon cloth-based cathode
CN101599370B (zh) 一种快速制备导电碳/二氧化锰复合电极材料的方法
Keskinen et al. Asymmetric and symmetric supercapacitors based on polypyrrole and activated carbon electrodes
Chen et al. The preparation and electrochemical properties of MnO2/poly (3, 4-ethylenedioxythiophene)/multiwalled carbon nanotubes hybrid nanocomposite and its application in a novel flexible micro-supercapacitor
Ji et al. All-in-one energy storage devices supported and interfacially cross-linked by gel polymeric electrolyte
CN104078248A (zh) 一种柔性电极的制备方法和柔性电极
Li et al. Carbon dot-regulated 2D MXene films with high volumetric capacitance
Gu et al. Behavior of electrical charge storage/release in polyaniline electrodes of symmetric supercapacitor
CN102800432A (zh) 一种氧化石墨烯/导电聚吡咯纳米线复合材料的制备方法
CN101488400A (zh) 超级电容器用导电高分子修饰活性碳电极材料的制备方法
CN106340401A (zh) 一种复合电极材料的制备方法及其应用
CN102881464A (zh) 一种储能装置的制作方法
Stevenson et al. Supercapatteries with hybrids of redox active polymers and nanostructured carbons
CN102930991B (zh) 电化学一步法制备石墨烯/聚苯胺导电复合材料的方法
Yang et al. Constructing high-energy-density aqueous supercapacitors with potassium iodide-doped electrolytes by a precharging method
CN1728306A (zh) 一种卷绕式超级电容器及其制作方法
CN106298283A (zh) 制造石墨烯基赝电容型超级电容器的方法
CN104124435B (zh) 多边缘MoS2纳米片/石墨烯电化学贮钠复合电极及制备方法
CN106710891B (zh) 一种NiCo2O4/活性炭复合材料的制备方法
CN106158403B (zh) 金属配位超分子网格与二维碳复合材料及其制备方法与应用
CN106356196B (zh) 一种二氧化锰/碳纸复合电极材料及其制备方法
Thirugnanasambandam et al. Innovative Construction of the Cobalt Metal Complex Redox Electrolyte and Octahedron Structure of the Cobalt Metal Organic Framework Electrode in the Energy Storage and Energy Conversion System

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20151104

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication