CN106298286A - 石墨烯/二氧化锰/聚苯胺纳米棒阵列的制备方法与应用 - Google Patents
石墨烯/二氧化锰/聚苯胺纳米棒阵列的制备方法与应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106298286A CN106298286A CN201610901158.5A CN201610901158A CN106298286A CN 106298286 A CN106298286 A CN 106298286A CN 201610901158 A CN201610901158 A CN 201610901158A CN 106298286 A CN106298286 A CN 106298286A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- rgo
- graphene
- mno
- manganese dioxide
- array
- 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
Links
- NUJOXMJBOLGQSY-UHFFFAOYSA-N manganese dioxide Chemical compound O=[Mn]=O NUJOXMJBOLGQSY-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 92
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 77
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 52
- 229920000767 polyaniline Polymers 0.000 title claims abstract description 43
- 239000002073 nanorod Substances 0.000 title claims abstract description 31
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims abstract description 21
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 17
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 claims abstract description 13
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 claims abstract description 13
- NWZSZGALRFJKBT-KNIFDHDWSA-N (2s)-2,6-diaminohexanoic acid;(2s)-2-hydroxybutanedioic acid Chemical compound OC(=O)[C@@H](O)CC(O)=O.NCCCC[C@H](N)C(O)=O NWZSZGALRFJKBT-KNIFDHDWSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims abstract description 11
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims abstract description 11
- IKDUDTNKRLTJSI-UHFFFAOYSA-N hydrazine monohydrate Substances O.NN IKDUDTNKRLTJSI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims abstract description 9
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 claims abstract description 8
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000004070 electrodeposition Methods 0.000 claims abstract description 6
- PAYRUJLWNCNPSJ-UHFFFAOYSA-N Aniline Chemical compound NC1=CC=CC=C1 PAYRUJLWNCNPSJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 30
- ROOXNKNUYICQNP-UHFFFAOYSA-N ammonium persulfate Chemical compound [NH4+].[NH4+].[O-]S(=O)(=O)OOS([O-])(=O)=O ROOXNKNUYICQNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 19
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 19
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 12
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 12
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229910021607 Silver chloride Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 229910001870 ammonium persulfate Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 10
- HKZLPVFGJNLROG-UHFFFAOYSA-M silver monochloride Chemical compound [Cl-].[Ag+] HKZLPVFGJNLROG-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 10
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 10
- 230000006872 improvement Effects 0.000 claims description 8
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 6
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000011572 manganese Substances 0.000 claims description 6
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 6
- PQLVXDKIJBQVDF-UHFFFAOYSA-N acetic acid;hydrate Chemical compound O.CC(O)=O PQLVXDKIJBQVDF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 5
- 239000000178 monomer Substances 0.000 claims description 5
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 claims description 5
- 238000001548 drop coating Methods 0.000 claims description 4
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 claims description 2
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000011734 sodium Substances 0.000 claims description 2
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 claims 2
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 claims 1
- AMWRITDGCCNYAT-UHFFFAOYSA-L hydroxy(oxo)manganese;manganese Chemical compound [Mn].O[Mn]=O.O[Mn]=O AMWRITDGCCNYAT-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 22
- 239000000463 material Substances 0.000 description 9
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 8
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 5
- 239000002322 conducting polymer Substances 0.000 description 4
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L Sodium Sulfate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]S([O-])(=O)=O PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 229910052938 sodium sulfate Inorganic materials 0.000 description 2
- 235000011152 sodium sulphate Nutrition 0.000 description 2
- 229910000314 transition metal oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 2
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 240000007594 Oryza sativa Species 0.000 description 1
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 description 1
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 1
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- WBZKQQHYRPRKNJ-UHFFFAOYSA-L disulfite Chemical compound [O-]S(=O)S([O-])(=O)=O WBZKQQHYRPRKNJ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 238000002386 leaching Methods 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 239000002055 nanoplate Substances 0.000 description 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 1
- 229920006389 polyphenyl polymer Polymers 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 description 1
- 238000013112 stability test Methods 0.000 description 1
- 239000004575 stone Substances 0.000 description 1
- 235000011149 sulphuric acid Nutrition 0.000 description 1
- 239000001117 sulphuric acid Substances 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 1
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/84—Processes for the manufacture of hybrid or EDL capacitors, or components thereof
- H01G11/86—Processes for the manufacture of hybrid or EDL capacitors, or components thereof specially adapted for electrodes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/22—Electrodes
- H01G11/24—Electrodes characterised by structural features of the materials making up or comprised in the electrodes, e.g. form, surface area or porosity; characterised by the structural features of powders or particles used therefor
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/22—Electrodes
- H01G11/30—Electrodes characterised by their material
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/22—Electrodes
- H01G11/30—Electrodes characterised by their material
- H01G11/32—Carbon-based
- H01G11/36—Nanostructures, e.g. nanofibres, nanotubes or fullerenes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/22—Electrodes
- H01G11/30—Electrodes characterised by their material
- H01G11/46—Metal oxides
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/22—Electrodes
- H01G11/30—Electrodes characterised by their material
- H01G11/48—Conductive polymers
-
- 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
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
Abstract
本发明公开了一种石墨烯/二氧化锰/聚苯胺纳米棒阵列的制备方法与应用，包括如下步骤：（1）采用Hummers法制备了氧化石墨(GO)，然后利用水合肼对其进行还原得到石墨烯(rGO)，将rGO分散液滴涂于玻碳片上得到rGO薄膜；（2）采用循环伏安(CV)沉积法在rGO表面电沉积MnO2生长为纳米棒结构；（3）采用循环伏安(CV)沉积法在MnO2表面沉积PANI而得到rGO/MnO2/PAN纳米棒阵列；纳米棒阵列结构显著提高能量密度、循环稳定性以及倍率性能，作为高储能密度的超级电容器应用前景广阔。
Description
技术领域
本发明属于新能源材料领域，具体涉及石墨烯/二氧化锰/聚苯胺纳米棒阵列的制备方法与应用。
背景技术
石墨烯因其优良导电性、巨大比表面积等特性，使它成为一种良好的填充材料，石墨烯基复合材料具有高效的导电性、较好的透光性和极高的力学强度等杰出性能，成为科研领域的研究热点。目前存在的主要问题有：一是高效快速地制备石墨烯仍然存在技术难题，二是石墨烯与基体之间的相容性亟待改善，三是石墨烯的结构在复合过程中容易发生变化，而导致性能降低；因此如何同时解决上述问题，仍然是石墨烯基复合材料面临的重要难题。
近些年，超级电容器由于其高的功率密度、快速的充放电速率以及长的循环使用寿命已经引起了研究者越来越多的兴趣，超级电容器的性能高度依赖于电极材料的性能，目前主要使用的电极材料包括碳材料、金属氧化物以及导电聚合物。在导电聚合物中，聚苯胺(PANI)因其优良的导电性能被认为是最具有应用前景的电极材料。然而，PANI材料因其无序的短纤维状或球状形貌结构存在循环稳定性差的问题。为此，PANI与石墨烯(rGO)及二氧化锰(MnO2)这两种也非常具有前景的材料的二元以及三元复合物得到了研究者的关注。华东理工大学CN104409222A、CN102432874A分别公开了石墨烯/二氧化锰纳米片/聚苯胺纳米棒三元复合材料、石墨烯负载有序聚苯胺纳米棒阵列电极材料的制备方法；CN105070514A公开了界面法制备聚苯胺/石墨烯/二氧化锰复合材料应用于超级电容器，将二氧化锰加入到聚苯胺中，聚苯胺的电容性能得到不错的改善。
将上述三种材料耦合以制备出性能优越的复合材料，这样既可以利用碳的双电层电容又可以利用二氧化锰以及聚苯胺的法拉第赝电容，协同发挥三者的电化学性能，从而显著提高超级电容器的比容量、 循环稳定性以及倍率性能。但是现在关于石墨烯/二氧化锰纳米片/聚苯胺三元复合物的研究报道非常少，且在有限的报道中，材料的结构都为无序结构，各组分都是随机的组合在一起，这样限制了材料的有效利用。
发明内容
本发明的目的在于提供石墨烯/二氧化锰/聚苯胺纳米棒阵列的制备方法与应用，采用循环伏安(CV)沉积法合成有序的石墨烯/二氧化锰/聚苯胺纳米棒阵列结构的三元复合物，充分发挥碳材料、过渡金属氧化物以及导电聚合物的协同作用，纳米棒阵列结构显著提高能量密度、循环稳定性以及倍率性能，作为高储能密度的超级电容器应用前景广阔。
为实现上述目的，本发明石墨烯/二氧化锰/聚苯胺纳米棒阵列的制备方法，具体地，包括如下步骤：
（1）采用Hummers法制备了氧化石墨(GO)，然后利用水合肼对其进行还原得到石墨烯(rGO)，将rGO分散液滴涂于玻碳片上得到rGO薄膜；（2）采用循环伏安(CV)沉积法在rGO表面电沉积MnO2生长为纳米棒结构；（3）采用循环伏安(CV)沉积法在MnO2表面沉积PANI而得到rGO/MnO2/PAN纳米棒阵列三元复合物。
所述步骤（1）中，首先通过改进的Hummer法制备氧化石墨，利用水合肼对其进行还原反应得到石墨烯(rGO)，干燥后配置成浓度为0.5-1.5mg/ml的石墨烯分散液50-100ml，滴涂于玻碳片上得到rGO薄膜。
所述步骤（2）中，配制浓度为0.1-0.5mol/L的四水醋酸锰溶液，然后配制0.1-0.5mol/L的硫酸钠溶液，两者以1：1的体积比混合后搅拌均匀，将步骤(1)制备的rGO薄膜浸在此溶液中，通过三电极体系在0.5-1V恒电压的条件下沉积600-1200s得到表面沉积MnO2的rGO纳米棒阵列结构，用去离子水清洗干净，真空干燥5-10h。
所述步骤（2）中，所述三电极体系是以铂片作为对电极，Ag/AgCl 作为参比电极，rGO薄膜作为工作电极。
所述步骤（3）中，取苯胺单体加入去离子水中配置苯胺浓度为 0.01-0.5mol/L，在搅拌条件下加入过硫酸铵溶液，将步骤(2)制备的表面沉积MnO2的rGO纳米棒阵列浸在此溶液中，通过三电极体系在0.5-1V恒电压的条件下沉积600-1200s得到MnO2表面沉积PANI的rGO/MnO2/PAN纳米棒阵列结构，分别用乙醇和去离子水洗涤、真空干燥5-10h得rGO/MnO2/PAN纳米棒阵列三元复合物。
所述步骤（3）中过硫酸铵与苯胺的摩尔比为＝(2-6)：1。
所述步骤（3）中，所述三电极体系是以铂片作为对电极，Ag/AgCl 作为参比电极，表面沉积MnO2的rGO纳米棒阵列作为工作电极。
所述的石墨烯/二氧化锰/聚苯胺纳米棒阵列三元复合物作为高储能密度的超级电容器的用途。
本发明具有如下优点：
1.与现有的原位聚合法、静电吸附法，真空过滤混合法制备聚苯胺/石墨烯复合材料相比，本发明方法制得的石墨烯/二氧化锰/聚苯胺纳米棒阵列结构赋予赋予复合材料更加优异的电化学性能，可用于高储能密度超级电容器电极材料；2.制备工艺简单，容易操作，能够进行工业化生产应用；3.发挥石墨烯、过渡金属氧化物以及导电聚合物的协同作用，使其具有优良的电化学性能，包括高比电容，优异的电化学稳定性和倍率特性。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
石墨烯/二氧化锰/聚苯胺纳米棒阵列的制备方法，具体地，包括如下步骤：
（1）采用Hummers法制备了氧化石墨(GO)，然后利用水合肼对其进行还原得到石墨烯(rGO)，将rGO分散液滴涂于玻碳片上得到rGO薄膜；（2）采用循环伏安(CV)沉积法在rGO表面电沉积MnO2生长为纳米棒结构；（3）采用循环伏安(CV)沉积法在MnO2表面沉积PANI而得到rGO/MnO2/PAN纳米棒阵列三元复合物。
步骤（1）中，首先通过改进的Hummer法制备氧化石墨，利用水合肼对其进行还原反应得到石墨烯(rGO)，干燥后配置成浓度为0.5mg/ml的石墨烯分散液50ml，滴涂于玻碳片上得到rGO薄膜。
步骤（2）中，配制浓度为0.1mol/L的四水醋酸锰溶液，然后配制0.1mol/L的硫酸钠溶液，两者以1：1的体积比混合后搅拌均匀，将步骤(1)制备的rGO薄膜浸在此溶液中，通过三电极体系在0.5V恒电压的条件下沉积600s得到表面沉积MnO2的rGO纳米棒阵列结构，用去离子水清洗干净，真空干燥5h；三电极体系是以铂片作为对电极，Ag/AgCl 作为参比电极，rGO薄膜作为工作电极。
步骤（3）中，取苯胺单体加入去离子水中配置苯胺浓度为 0.01mol/L，在搅拌条件下加入过硫酸铵溶液，其中，过硫酸铵与苯胺的摩尔比为＝2：1；将步骤(2)制备的表面沉积MnO2的rGO纳米棒阵列浸在此溶液中，通过三电极体系在0.5V恒电压的条件下沉积600s得到MnO2表面沉积PANI的rGO/MnO2/PAN纳米棒阵列结构，三电极体系是以铂片作为对电极，Ag/AgCl 作为参比电极，表面沉积MnO2的rGO纳米棒阵列作为工作电极；然后分别用乙醇和去离子水洗涤、真空干燥5h得rGO/MnO2/PAN纳米棒阵列三元复合物。
石墨烯/二氧化锰/聚苯胺纳米棒阵列三元复合物作为高储能密度的超级电容器的用途。
实施例2
石墨烯/二氧化锰/聚苯胺纳米棒阵列的制备方法，具体地，包括如下步骤：
（1）采用Hummers法制备了氧化石墨(GO)，然后利用水合肼对其进行还原得到石墨烯(rGO)，将rGO分散液滴涂于玻碳片上得到rGO薄膜；（2）采用循环伏安(CV)沉积法在rGO表面电沉积MnO2生长为纳米棒结构；（3）采用循环伏安(CV)沉积法在MnO2表面沉积PANI而得到rGO/MnO2/PAN纳米棒阵列三元复合物。
步骤（1）中，首先通过改进的Hummer法制备氧化石墨，利用水合肼对其进行还原反应得到石墨烯(rGO)，干燥后配置成浓度为1.5mg/ml的石墨烯分散液100ml，滴涂于玻碳片上得到rGO薄膜。
步骤（2）中，配制浓度为0.5mol/L的四水醋酸锰溶液，然后配制0.5mol/L的硫酸钠溶液，两者以1：1的体积比混合后搅拌均匀，将步骤(1)制备的rGO薄膜浸在此溶液中，通过三电极体系在1V恒电压的条件下沉积1200s得到表面沉积MnO2的rGO纳米棒阵列结构，用去离子水清洗干净，真空干燥10h；三电极体系是以铂片作为对电极，Ag/AgCl 作为参比电极，rGO薄膜作为工作电极。
步骤（3）中，取苯胺单体加入去离子水中配置苯胺浓度为 0.5mol/L，在搅拌条件下加入过硫酸铵溶液，其中，过硫酸铵与苯胺的摩尔比为＝6：1；将步骤(2)制备的表面沉积MnO2的rGO纳米棒阵列浸在此溶液中，通过三电极体系在1V恒电压的条件下沉积1200s得到MnO2表面沉积PANI的rGO/MnO2/PAN纳米棒阵列结构，三电极体系是以铂片作为对电极，Ag/AgCl 作为参比电极，表面沉积MnO2的rGO纳米棒阵列作为工作电极；然后分别用乙醇和去离子水洗涤、真空干燥10h得rGO/MnO2/PAN纳米棒阵列三元复合物。
石墨烯/二氧化锰/聚苯胺纳米棒阵列三元复合物作为高储能密度的超级电容器的用途。
实施例3
石墨烯/二氧化锰/聚苯胺纳米棒阵列的制备方法，具体地，包括如下步骤：
（1）采用Hummers法制备了氧化石墨(GO)，然后利用水合肼对其进行还原得到石墨烯(rGO)，将rGO分散液滴涂于玻碳片上得到rGO薄膜；（2）采用循环伏安(CV)沉积法在rGO表面电沉积MnO2生长为纳米棒结构；（3）采用循环伏安(CV)沉积法在MnO2表面沉积PANI而得到rGO/MnO2/PAN纳米棒阵列三元复合物。
步骤（1）中，首先通过改进的Hummer法制备氧化石墨，利用水合肼对其进行还原反应得到石墨烯(rGO)，干燥后配置成浓度为1.0mg/ml的石墨烯分散液75ml，滴涂于玻碳片上得到rGO薄膜。
步骤（2）中，配制浓度为0.25mol/L的四水醋酸锰溶液，然后配制0.25mol/L的硫酸钠溶液，两者以1：1的体积比混合后搅拌均匀，将步骤(1)制备的rGO薄膜浸在此溶液中，通过三电极体系在0.8V恒电压的条件下沉积900s得到表面沉积MnO2的rGO纳米棒阵列结构，用去离子水清洗干净，真空干燥8h；三电极体系是以铂片作为对电极，Ag/AgCl 作为参比电极，rGO薄膜作为工作电极。
步骤（3）中，取苯胺单体加入去离子水中配置苯胺浓度为 0.25mol/L，在搅拌条件下加入过硫酸铵溶液，其中，过硫酸铵与苯胺的摩尔比为＝4：1；将步骤(2)制备的表面沉积MnO2的rGO纳米棒阵列浸在此溶液中，通过三电极体系在1V恒电压的条件下沉积900s得到MnO2表面沉积PANI的rGO/MnO2/PAN纳米棒阵列结构，三电极体系是以铂片作为对电极，Ag/AgCl 作为参比电极，表面沉积MnO2的rGO纳米棒阵列作为工作电极；然后分别用乙醇和去离子水洗涤、真空干燥8h得rGO/MnO2/PAN纳米棒阵列三元复合物。
石墨烯/二氧化锰/聚苯胺纳米棒阵列三元复合物作为高储能密度的超级电容器的用途。
对制备的石墨烯/二氧化锰/聚苯胺纳米棒阵列的比电容和循环稳定性测试结果表明，三元复合材料在0.5Ag-1的电流密度下的比电容达到755Fg-1，在10Ag-1的电流密度下循环充放电1000次后其比电容保持率为87％，纳米棒阵列结构显著提高能量密度、循环稳定性以及倍率性能，在超级电容器中具有非常大的应用潜力。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (8)
1.石墨烯/二氧化锰/聚苯胺纳米棒阵列的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）采用Hummers法制备了氧化石墨(GO)，然后利用水合肼对其进行还原得到石墨烯(rGO)，将rGO分散液滴涂于玻碳片上得到rGO薄膜；（2）采用循环伏安(CV)沉积法在rGO表面电沉积MnO2生长为纳米棒结构；（3）采用循环伏安(CV)沉积法在MnO2表面沉积PANI而得到rGO/MnO2/PAN纳米棒阵列三元复合物。
2.如权利要求1所述的石墨烯/二氧化锰/聚苯胺纳米棒阵列的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中，首先通过改进的Hummer法制备氧化石墨，利用水合肼对其进行还原反应得到石墨烯(rGO)，干燥后配置成浓度为0.5-1.5mg/ml的石墨烯分散液50-100ml，滴涂于玻碳片上得到rGO薄膜。
3.如权利要求1所述的石墨烯/二氧化锰/聚苯胺纳米棒阵列的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中，配制浓度为0.1-0.5mol/L的四水醋酸锰溶液，然后配制0.1-0.5mol/L的硫酸钠溶液，两者以1：1的体积比混合后搅拌均匀，将步骤(1)制备的rGO薄膜浸在此溶液中，通过三电极体系在0.5-1V恒电压的条件下沉积600-1200s得到表面沉积MnO2的rGO纳米棒阵列结构，用去离子水清洗干净，真空干燥5-10h。
4.如权利要求3所述的石墨烯/二氧化锰/聚苯胺纳米棒阵列的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中，所述三电极体系是以铂片作为对电极，Ag/AgCl 作为参比电极，rGO薄膜作为工作电极。
5.如权利要求1所述的石墨烯/二氧化锰/聚苯胺纳米棒阵列的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中，取苯胺单体加入去离子水中配置苯胺浓度为 0.01-0.5mol/L，在搅拌条件下加入过硫酸铵溶液，将步骤(2)制备的表面沉积MnO2的rGO纳米棒阵列浸在此溶液中，通过三电极体系在0.5-1V恒电压的条件下沉积600-1200s得到MnO2表面沉积PANI的rGO/MnO2/PAN纳米棒阵列结构，分别用乙醇和去离子水洗涤、真空干燥5-10h得rGO/MnO2/PAN纳米棒阵列三元复合物。
6.如权利要求1所述的石墨烯/二氧化锰/聚苯胺纳米棒阵列的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中过硫酸铵与苯胺的摩尔比为＝(2 -6)：1。
7.如权利要求1所述的石墨烯/二氧化锰/聚苯胺纳米棒阵列的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中，所述三电极体系是以铂片作为对电极，Ag/AgCl 作为参比电极，表面沉积MnO2的rGO纳米棒阵列作为工作电极。
8.如权利要求1-7任一项所述的石墨烯/二氧化锰/聚苯胺纳米棒阵列的制备方法，其特征在于，所述的石墨烯/二氧化锰/聚苯胺纳米棒阵列作为高储能密度的超级电容器的用途。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610901158.5A CN106298286A (zh) | 2016-10-15 | 2016-10-15 | 石墨烯/二氧化锰/聚苯胺纳米棒阵列的制备方法与应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610901158.5A CN106298286A (zh) | 2016-10-15 | 2016-10-15 | 石墨烯/二氧化锰/聚苯胺纳米棒阵列的制备方法与应用 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN106298286A true CN106298286A (zh) | 2017-01-04 |
Family
ID=57718253
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201610901158.5A Pending CN106298286A (zh) | 2016-10-15 | 2016-10-15 | 石墨烯/二氧化锰/聚苯胺纳米棒阵列的制备方法与应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN106298286A (zh) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107481866A (zh) * | 2017-08-21 | 2017-12-15 | 广东工业大学 | 一种四氧化三钴/二氧化锰/聚吡咯纳米线阵列及其制备方法 |
| CN109346337A (zh) * | 2018-10-24 | 2019-02-15 | 南通科技职业学院 | 一种复合电极材料的制备方法 |
| CN109390164A (zh) * | 2018-11-30 | 2019-02-26 | 湖南师范大学 | 负载磷酸铁/聚苯胺的石墨毡电极材料及制备方法和应用 |
| CN111416096A (zh) * | 2020-03-24 | 2020-07-14 | 中南大学 | 一种氧化石墨烯/聚苯胺/二氧化锰复合电极及其制备方法和在海水电池中的应用 |
| CN113241447A (zh) * | 2021-04-06 | 2021-08-10 | 华南理工大学 | 一种低铂核壳结构催化剂及其制备方法与其掺杂改性方法 |
| CN113916960A (zh) * | 2021-09-30 | 2022-01-11 | 宁德师范学院 | 一种空间限域型的聚苯胺@石墨烯基/Ag纳米复合材料 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012112818A3 (en) * | 2011-02-16 | 2012-10-18 | The Regents Of The University Of California | Interpenetrating networks of crystalline carbon and nano-scale electroactive materials |
| CN103854875A (zh) * | 2014-03-21 | 2014-06-11 | 武汉工程大学 | 聚苯胺/MnO2复合物修饰三维石墨烯复合材料及其制备方法和应用 |
| CN104409222A (zh) * | 2014-11-21 | 2015-03-11 | 华东理工大学 | 一种石墨烯/二氧化锰纳米片/聚苯胺纳米棒三元复合材料的制备方法 |
-
2016
- 2016-10-15 CN CN201610901158.5A patent/CN106298286A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012112818A3 (en) * | 2011-02-16 | 2012-10-18 | The Regents Of The University Of California | Interpenetrating networks of crystalline carbon and nano-scale electroactive materials |
| CN103854875A (zh) * | 2014-03-21 | 2014-06-11 | 武汉工程大学 | 聚苯胺/MnO2复合物修饰三维石墨烯复合材料及其制备方法和应用 |
| CN104409222A (zh) * | 2014-11-21 | 2015-03-11 | 华东理工大学 | 一种石墨烯/二氧化锰纳米片/聚苯胺纳米棒三元复合材料的制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 余磊: "基于石墨烯的二氧化锰/聚苯胺纳米棒阵列的制备及其电化学性能研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技I辑》 * |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107481866A (zh) * | 2017-08-21 | 2017-12-15 | 广东工业大学 | 一种四氧化三钴/二氧化锰/聚吡咯纳米线阵列及其制备方法 |
| CN109346337A (zh) * | 2018-10-24 | 2019-02-15 | 南通科技职业学院 | 一种复合电极材料的制备方法 |
| CN109346337B (zh) * | 2018-10-24 | 2020-06-09 | 南通南京大学材料工程技术研究院 | 一种复合电极材料的制备方法 |
| CN109390164A (zh) * | 2018-11-30 | 2019-02-26 | 湖南师范大学 | 负载磷酸铁/聚苯胺的石墨毡电极材料及制备方法和应用 |
| CN111416096A (zh) * | 2020-03-24 | 2020-07-14 | 中南大学 | 一种氧化石墨烯/聚苯胺/二氧化锰复合电极及其制备方法和在海水电池中的应用 |
| CN111416096B (zh) * | 2020-03-24 | 2023-03-10 | 中南大学 | 一种氧化石墨烯/聚苯胺/二氧化锰复合电极及其制备方法和在海水电池中的应用 |
| CN113241447A (zh) * | 2021-04-06 | 2021-08-10 | 华南理工大学 | 一种低铂核壳结构催化剂及其制备方法与其掺杂改性方法 |
| CN113916960A (zh) * | 2021-09-30 | 2022-01-11 | 宁德师范学院 | 一种空间限域型的聚苯胺@石墨烯基/Ag纳米复合材料 |
| CN113916960B (zh) * | 2021-09-30 | 2023-05-30 | 宁德师范学院 | 一种空间限域型的聚苯胺@石墨烯基/Ag纳米复合材料 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106298286A (zh) | 石墨烯/二氧化锰/聚苯胺纳米棒阵列的制备方法与应用 | |
| CN104485234A (zh) | 基于纺织纤维和电沉积聚吡咯制备柔性超级电容器 | |
| CN105206430B (zh) | 聚苯胺纳米管阵列/石墨烯复合材料电极及其制备方法和应用 | |
| Jiang et al. | Super-conductive silver nanoparticles functioned three-dimensional CuxO foams as a high-pseudocapacitive electrode for flexible asymmetric supercapacitors | |
| Xue et al. | Zeolitic imidazolate frameworks (ZIFs)-derived NixCo3− xO4/CNTs nanocomposites with enhanced electrochemical performance for supercapacitor | |
| CN103787320B (zh) | 一种类石墨烯片层结构的碳纳米片材料的制备和应用 | |
| CN105140048A (zh) | 一种连续制备复合纤维状超级电容器的方法 | |
| Dai et al. | Silver nanoparticle-induced growth of nanowire-covered porous MnO2 spheres with superior supercapacitance | |
| CN104409222A (zh) | 一种石墨烯/二氧化锰纳米片/聚苯胺纳米棒三元复合材料的制备方法 | |
| Yuan et al. | Flexible electrochemical capacitors based on polypyrrole/carbon fibers via chemical polymerization of pyrrole vapor | |
| CN109354131B (zh) | 一种基于静电纺丝制备电化学脱盐电极的方法 | |
| Xue et al. | High-performance ordered porous Polypyrrole/ZnO films with improved specific capacitance for supercapacitors | |
| Lv et al. | Preparation of carbon nanosheet by molten salt route and its application in catalyzing VO2+/VO2+ redox reaction | |
| CN104495788A (zh) | 一种多孔碳的制备方法 | |
| CN106910643B (zh) | 原位聚合聚苯胺—磺化石墨烯复合材料在电极材料中的应用 | |
| CN106531470B (zh) | 一种柔性自支撑碳纸超级电容器电极材料的制备方法与应用 | |
| CN104465121A (zh) | 具有三维结构的氧化石墨烯—聚苯胺复合电极材料及其制备方法 | |
| CN105789624A (zh) | 阵列型二硫化三镍基复合电极及其制备方法和应用 | |
| CN106024408A (zh) | 一种氧化钌-硫化铜复合材料、应用及一种超级电容器用的电极片 | |
| CN107170589A (zh) | 一种MnO2系三元复合超级电容器电极材料的制备方法 | |
| CN106971860A (zh) | 一种MnO2@石墨烯纤维超级电容器电极材料的制备方法 | |
| Chen et al. | Three-dimensional ordered macroporous carbon as counter electrodes in dye-sensitized solar cells | |
| CN103854875A (zh) | 聚苯胺/MnO2复合物修饰三维石墨烯复合材料及其制备方法和应用 | |
| Pan et al. | Hierarchical vertically aligned titanium carbide (MXene) array for flexible all-solid-state supercapacitor with high volumetric capacitance | |
| Shan et al. | Wood-based hierarchical porous nitrogen-doped carbon/manganese dioxide composite electrode materials for high-rate supercapacitor |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20170104 |