CN108054021A - 碳酸氢镍-聚多巴胺-石墨烯复合材料及制备方法和应用 - Google Patents
碳酸氢镍-聚多巴胺-石墨烯复合材料及制备方法和应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108054021A CN108054021A CN201711281815.1A CN201711281815A CN108054021A CN 108054021 A CN108054021 A CN 108054021A CN 201711281815 A CN201711281815 A CN 201711281815A CN 108054021 A CN108054021 A CN 108054021A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- dopamine
- poly
- nickel
- graphene
- composite material
- 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.)
- Granted
Links
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 91
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 47
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 26
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-M Bicarbonate Chemical compound OC([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-M 0.000 title claims description 41
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 48
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims abstract description 19
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 18
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 15
- 150000002815 nickel Chemical class 0.000 claims abstract description 15
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 claims abstract description 13
- 230000001376 precipitating effect Effects 0.000 claims abstract description 12
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 claims abstract description 10
- CTENFNNZBMHDDG-UHFFFAOYSA-N Dopamine hydrochloride Chemical compound Cl.NCCC1=CC=C(O)C(O)=C1 CTENFNNZBMHDDG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 229960001149 dopamine hydrochloride Drugs 0.000 claims abstract description 8
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims abstract description 6
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 claims abstract description 3
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 14
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 7
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 6
- 239000012286 potassium permanganate Substances 0.000 claims description 6
- 229910021586 Nickel(II) chloride Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 5
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 5
- QMMRZOWCJAIUJA-UHFFFAOYSA-L nickel dichloride Chemical compound Cl[Ni]Cl QMMRZOWCJAIUJA-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 5
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 claims description 5
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 claims description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 4
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N urea group Chemical group NC(=O)N XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000007853 buffer solution Substances 0.000 claims description 3
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 claims description 3
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 3
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 claims description 3
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N sulfuric acid Substances OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- -1 Alkene compound Chemical class 0.000 claims description 2
- MQRWBMAEBQOWAF-UHFFFAOYSA-N acetic acid;nickel Chemical compound [Ni].CC(O)=O.CC(O)=O MQRWBMAEBQOWAF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 2
- 229940078494 nickel acetate Drugs 0.000 claims description 2
- LGQLOGILCSXPEA-UHFFFAOYSA-L nickel sulfate Chemical compound [Ni+2].[O-]S([O-])(=O)=O LGQLOGILCSXPEA-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 2
- 229910000363 nickel(II) sulfate Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 5
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 abstract description 4
- VYFYYTLLBUKUHU-UHFFFAOYSA-N dopamine Chemical compound NCCC1=CC=C(O)C(O)=C1 VYFYYTLLBUKUHU-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 3
- IYFXESRMJKRSNZ-UHFFFAOYSA-L hydrogen carbonate;nickel(2+) Chemical compound [Ni+2].OC([O-])=O.OC([O-])=O IYFXESRMJKRSNZ-UHFFFAOYSA-L 0.000 abstract description 3
- 229960003638 dopamine Drugs 0.000 abstract description 2
- 229920001690 polydopamine Polymers 0.000 abstract 2
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 abstract 1
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 9
- 150000002816 nickel compounds Chemical class 0.000 description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 150000001336 alkenes Chemical class 0.000 description 4
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 4
- 238000002484 cyclic voltammetry Methods 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 238000005033 Fourier transform infrared spectroscopy Methods 0.000 description 2
- WTDRDQBEARUVNC-UHFFFAOYSA-N L-Dopa Natural products OC(=O)C(N)CC1=CC=C(O)C(O)=C1 WTDRDQBEARUVNC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011157 advanced composite material Substances 0.000 description 2
- 239000002322 conducting polymer Substances 0.000 description 2
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 238000009510 drug design Methods 0.000 description 2
- 229960004502 levodopa Drugs 0.000 description 2
- UKWHYYKOEPRTIC-UHFFFAOYSA-N mercury(ii) oxide Chemical compound [Hg]=O UKWHYYKOEPRTIC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002082 metal nanoparticle Substances 0.000 description 2
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 239000004575 stone Substances 0.000 description 2
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 description 2
- 241000237536 Mytilus edulis Species 0.000 description 1
- 239000006230 acetylene black Substances 0.000 description 1
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 239000003610 charcoal Substances 0.000 description 1
- 239000013522 chelant Substances 0.000 description 1
- 238000002242 deionisation method Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- MHUWZNTUIIFHAS-CLFAGFIQSA-N dioleoyl phosphatidic acid Chemical compound CCCCCCCC\C=C/CCCCCCCC(=O)OCC(COP(O)(O)=O)OC(=O)CCCCCCC\C=C/CCCCCCCC MHUWZNTUIIFHAS-CLFAGFIQSA-N 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 1
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 1
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 229940101209 mercuric oxide Drugs 0.000 description 1
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010295 mobile communication Methods 0.000 description 1
- 235000020638 mussel Nutrition 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 239000002858 neurotransmitter agent Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001453 nickel ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 1
- ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N phenol group Chemical group C1(=CC=CC=C1)O ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 1
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 239000010970 precious metal Substances 0.000 description 1
- 125000002924 primary amino group Chemical group [H]N([H])* 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 1
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 230000028327 secretion Effects 0.000 description 1
- 241000894007 species Species 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 238000000967 suction filtration Methods 0.000 description 1
- 239000006228 supernatant Substances 0.000 description 1
- 238000010408 sweeping Methods 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 239000002023 wood 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
- H01G11/22—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
-
- 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
- H01G11/30—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
- H01G11/48—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)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
本发明公开了一种碳酸氢镍‑聚多巴胺‑石墨烯复合材料的制备方法,具体包括如下步骤:提供氧化石墨烯;超声制备浓度为0.5~2mg/mL的氧化石墨烯悬浮液;将所得的氧化石墨烯悬浮液加热至60℃,然后加入盐酸多巴胺,利用盐酸多巴胺对氧化石墨烯进行还原和表面聚合,得到聚多巴胺‑石墨烯复合物;再将其分散到去离子水中,制备浓度为0.5~5mg L‑1的聚多巴胺‑石墨烯悬浮液;向其中加入镍盐和沉淀剂进行水热反应,反应结束后,离心、洗涤、真空干燥,即得所述复合材料。本发明提供的复合材料在KOH电解液中具有良好的电化学性能,在三电极体系中实现优异的比电容,在0.8A g‑1条件下,比电容达到2068F g‑1。
Description
技术领域
本发明属于超级电容器电极材料的制备领域,特别涉及一种碳酸氢镍-聚多巴胺-石墨烯超级电容器复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
超级电容器是一种介于电池和传统电容器之间的能量储存器件。由于具有充放电效率高、功率密度大、循环寿命长、环境友好等特点,广泛应用于交通、移动通信、信息技术、航空航天和国防科技等领域。
镍离子由于具有不同的化合价,镍化合物能在电解液中发生不同价态的转变,被广泛用作赝电容器的电极材料。DA是一种神经传导物质,用来帮助细胞传送脉冲的化学物质。PDA是贻贝类生物分泌的粘性蛋白质的主要成分,具有极强的粘附性、良好的水分散性、稳定性和生物相容性,被广泛的应用于生物、医药、化学等领域。由于PDA结构中含有大量的氨基和酚羟基等活性基团,能与贵金属离子螯合并将其原位还原为金属纳米粒子,从而制备聚PDA/金属纳米粒子复合材料。此外,PDA为材料的合成提供了丰富的氮源,PDA还原并表面聚合形成的PDA-RGO结构中含有大量的电活性含氮物质。
发明内容
因此,本发明提供了一种碳酸氢镍-聚多巴胺-石墨烯复合材料及其制备方法,对炭材料石墨烯、金属氧化物、导电聚合物等电极材料进行合理的设计探索出具有优异电化学性能的电极材料,利用盐酸多巴胺对氧化石墨烯进行还原并聚合,得到氮掺杂还原石墨烯,然后再与镍化合物进行复合,得到镍化合物纳米颗粒在聚多巴胺-石墨烯表面高度分散的新型复合材料。
具体的,本发明的第一个目的是提供的碳酸氢镍-聚多巴胺-石墨烯复合材料的制备方法,具体包括如下步骤:
S1:提供氧化石墨烯;
S2:将氧化石墨烯分散到去离子水中,将氧化石墨烯悬浮液超声处理1h,得到浓度为0.5~2mg/mL的氧化石墨烯悬浮液,并调节pH值至8.5;
S3:将S2所得的氧化石墨烯悬浮液加热至60℃,然后按照质量比1:1~1.2的比例加入盐酸多巴胺,利用盐酸多巴胺对氧化石墨烯进行还原和表面聚合,表面聚合的温度为50~90℃,聚合反应时间为12~24h,聚合产物冷却至室温后,抽滤后得到聚多巴胺-石墨烯复合物;
S4:将S3所得的聚多巴胺-石墨烯复合物分散到去离子水中,制备浓度为0.5-5mgL-1的聚多巴胺-石墨烯悬浮液;
S5:向聚多巴胺-石墨烯悬浮液中加入镍盐,所述镍盐与氧化石墨烯的质量比为5~30:1,搅拌直至镍盐完全溶解后,加入沉淀剂,所述沉淀剂与镍盐的质量比为1:2.5~30,搅拌直至沉淀剂完全溶解后,将得到的混合物进行水热反应,水热温度为120~220℃,水热时间为5~24h,反应结束后,离心、洗涤、真空干燥,即得碳酸氢镍-聚多巴胺-石墨烯复合材料。
优选地,S1中,采用改进的Hummers方法制备氧化石墨烯,具体制备过程如下:取一定体积的浓硫酸,用冰浴降温至0℃,向其中加入石墨粉,在搅拌下继续加入KMnO4,反应温度控制在20℃以下,KMnO4加完后在冰浴下继续搅拌30~40min;然后,在35~40℃下继续反应2h,再向反应液中加蒸馏水,使反应体系温度升至90℃,继续搅拌1h;加入一定体积的双氧水,使过量的KMnO4被还原;过滤,用稀盐酸溶液洗涤三次,水洗至中性,70℃烘干72h,得到所述氧化石墨烯。
优选地,S2中,采用pH为8.5的50mmol L-1的Tris-HCl缓冲溶液调节氧化石墨烯悬浮液的pH值。
优选地,所述镍盐选自氯化镍、硫酸镍、乙酸镍中的任意一种。
优选地,所述沉淀剂为尿素。
优选地,S5中,所述镍盐与氧化石墨烯的质量比为10~15:1,所述沉淀剂与镍盐的质量比为1:2.5~5。
本发明的第二个目的是提供上述制备方法制备而成的碳酸氢镍-聚多巴胺-石墨烯复合材料。
优选地,本发明第三个目的是提供上述碳酸氢镍-聚多巴胺-石墨烯复合材料在超级电容器中作为电极材料的应用。
与现有技术相比,本发明的有益效果在于:
(1)本发明提供了一种碳酸氢镍-聚多巴胺-石墨烯复合材料的制备方法,对炭材料石墨烯、金属氧化物、导电聚合物等电极材料进行合理的设计探索出具有优异电化学性能的电极材料,利用DA对GO进行还原并聚合,得到氮掺杂还原石墨烯,然后再和镍化合物进行复合,能够有效地控制碳酸氢镍纳米材料的分散度,从而得到镍化合物在聚多巴胺-石墨烯表面高度分散的复合材料,具有制备方法简单、形貌均匀、分散良好、成本低廉等优点。
(2)本发明提供的碳酸氢镍-聚多巴胺-石墨烯复合材料在KOH电解液中具有良好的电化学性能,在三电极体系中实现优异的比电容,在0.8A g-1条件下,比电容达到2068Fg-1。是一种具有良好电容性能的超级电容器复合材料,在实际应用方面具有非常重要的意义。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例2提供的碳酸氢镍-聚多巴胺-石墨烯复合材料的FT-IR图;
图2为本发明实施例2提供的碳酸氢镍-聚多巴胺-石墨烯复合材料的XRD图;
图3为本发明实施例2提供的碳酸氢镍-聚多巴胺-石墨烯复合材料的SEM图;
图4为本发明实施例2中制备的碳酸氢镍-聚多巴胺-石墨烯复合材料的在不同扫描速率下的循环伏安曲线图。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案能予以实施,下面结合具体实施例对本发明作进一步说明,但所举实施例不作为对本发明的限定。
除非另有定义,下文中所用是的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的,并不是旨在限制本发明的保护范围。除非另有特别说明,本发明以下各实施例中用到的各种原料、试剂、仪器和设备均可通过市场购买得到或者通过现有方法制备得到。
实施例1
本实施例一种碳酸氢镍-聚多巴胺-石墨烯复合材料,具体是通过如下过程制备得到的:
配制pH为8.5的50mmolL-1的Tris-HCl缓冲溶液,将10g的氧化石墨烯分散到去离子水中,将氧化石墨烯悬浮液在超声波清洗器中超声处理1h后移入三口烧瓶中,得到浓度为1.0g/L的氧化石墨烯悬浮液,并调节pH值至8.5;
将上述所得的氧化石墨烯悬浮液加热至60℃,向烧瓶中加入还原聚合物盐酸多巴胺,二者的添加比例为质量比1:1,利用盐酸多巴胺对氧化石墨烯进行还原和表面聚合,表面聚合的温度为60℃,聚合反应时间为24h,聚合产物冷却至室温后,抽滤洗涤、将多余的盐酸多巴胺洗去,得到聚多巴胺-石墨烯复合物;
将上述所得的聚多巴胺-石墨烯复合物再次分散到去离子水中,制备浓度为2mgmL-1的聚多巴胺-石墨烯悬浮液;
准确量取40mL的聚多巴胺-石墨烯悬浮液,放入磁子室温下搅拌10min,并加入150g的NiCl2 6H2O,搅拌30min待NiCl2 6H2O全部溶解后,加入37.86g尿素作为沉淀剂,搅拌20min尿素溶解后得到的混合物转入100mL的不锈钢反应釜中进行水热反应,水热温度为180℃,水热时间为12h。反应结束后取出后冷却至室温,离心洗涤,60℃真空干燥12h,即得碳酸氢镍-聚多巴胺-石墨烯复合材料。
实施例2
本实施例一种碳酸氢镍-聚多巴胺-石墨烯复合材料,具体制备方法和实施例1相同,不同之处仅在于,所采用的NiCl2 6H2O(125g)与氧化石墨烯的质量比为12.5。
实施例3
本实施例一种碳酸氢镍-聚多巴胺-石墨烯复合材料,具体制备方法和实施例1相同,不同之处仅在于,所采用的NiCl2 6H2O(100g)与氧化石墨烯的质量比为10。
实施例4
本实施例一种碳酸氢镍-聚多巴胺-石墨烯复合材料,具体制备方法和实施例2相同,不同之处仅在于,所述氧化石墨烯是采用改进的Hummers方法制备得到的,具体制备过程如下:
在250ml三口烧瓶中加入150ml浓硫酸,用冰浴降温至0℃,加入6.5g石墨粉。在搅拌下向三口烧瓶中慢慢加入19.5g KMnO4,控制反应温度不超过20℃。KMnO4加完后在冰浴下继续搅拌40min。然后,在35℃下继续反应2h,再向上述反应液中加460ml的蒸馏水中,使反应体系温度升至90℃,继续搅拌1h。加入100ml的双氧水,使过量的KMnO4被还原。过滤,用5%盐酸溶液洗涤三次,水洗至中性,70℃烘干72h,得到氧化石墨烯,记为GO。
下面我们以实施例2提供的碳酸氢镍-聚多巴胺-石墨烯复合材料为例,对其进行性能检测,其中:
图1为实施例2提供碳酸氢镍-聚多巴胺-石墨烯复合材料的FT-IR图,由图1可以看出,824,1061,1391和1459cm-1的峰是CO3 2-的特征峰,1061cm-1,824cm-1和1391cm-1以及1459cm-1峰表明了CO3 2-的低的不对称性,表明样品中有Ni(HCO3)2化合物。
图2为实施例2提供的碳酸氢镍-聚多巴胺-石墨烯复合材料的XRD图,由图2可以看出,分别归属Ni(HCO3)2(JCPDS 1520782)的(110),(211),(101),(102),(110),(111),(103)和(201)晶面的存在表明样品中Ni物种为Ni(HCO3)2。
图3为实施例2提供的碳酸氢镍-聚多巴胺-石墨烯复合材料的SEM图,由图3可以看出,Ni(HCO3)2立方晶体在RGO表面均匀分布。聚合物PDA的存在使Ni(HCO3)2能更均匀地分布在RGO表面,且不易发生团聚。
我们对实施例1和实施例3-4也进行了测试,他们也具有和实施例2相似的表面微结构特征,由于实施例1~4所制备的碳酸氢镍-聚多巴胺-石墨烯复合材料所具有的表面微结构特征,它们可作为超级电容器中的工作电极材料来使用。
下面我们就以实施例1~4所制备的碳酸氢镍-聚多巴胺-石墨烯复合材料作为超级电容器的工作电极材料,采用循环伏安法对超级电容器的性能进行测试。
超级电容器的工作电极制作过程如下:将上述实施例所制备的碳酸氢镍-聚多巴胺-石墨烯复合材料与乙炔黑和PTFE按75:15:10的质量比例混合调匀后涂在泡沫镍上,涂抹面积为1cm*1cm,然后放入真空干燥箱中60℃干燥过夜,制成工作电极。
具体测试条件为:用铂电极作为对电极,氧化汞电极为参比电极,以及上述工作电极,电解液为4M KOH溶液,电压窗口为0~0.5V,扫描速率5mV S-1~80mV S-1。实施例1~实施例4的碳酸氢镍-聚多巴胺-石墨烯复合材料作为工作电极的具体测试结果如下表1所示:
表1实施例1~4提供的复合材料的性能测试结果
示例 | 0.8A g-1时的比电容(F g-1) |
实施例1 | 1816 |
实施例2 | 2068 |
实施例3 | 1810 |
实施例4 | 2250 |
由表1可以看出,实施例1~实施例4制备的碳酸氢镍-聚多巴胺-石墨烯复合材料在4M KOH电解液中均具有优异的电容性能。
此外,针对实施例2提供的碳酸氢镍-聚多巴胺-石墨烯复合材料,我们还进一步测定了它在不同扫描速率下的循环伏安曲线图,图4为实施例2提供的碳酸氢镍-聚多巴胺-石墨烯复合材料在不同扫描速率下的循环伏安曲线图(沿箭头方向扫描速率依次为5mV s-1,10mV s-1,20mV s-1,30mV s-1,50mV s-1,80mVs-1)。由图4可以看出,碳酸氢镍-聚多巴胺-石墨烯复合材料在不同扫速下均存在一对对称的氧化还原峰,表明三个样品均具有赝电容性质。氧化峰和还原峰的位置随着扫速的增加而变化,随着扫速增加,氧化还原峰的面积增加,表明在高扫速下具有更大的电容。
显然,本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样,倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内,则本发明也意图包含这些改动和变型在内。以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例,其保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换,均在本发明的保护范围之内,本发明的保护范围以权利要求书为准。
Claims (8)
1.一种碳酸氢镍-聚多巴胺-石墨烯复合材料的制备方法,其特征在于,具体包括如下步骤:
S1:提供氧化石墨烯;
S2:将氧化石墨烯分散到去离子水中,将氧化石墨烯悬浮液超声处理1h,得到浓度为0.5~2mg/mL的氧化石墨烯悬浮液,并调节pH值至8.5;
S3:将S2所得的氧化石墨烯悬浮液加热至60℃,然后按照质量比1:1~1.2的比例加入盐酸多巴胺,利用盐酸多巴胺对氧化石墨烯进行还原和表面聚合,表面聚合的温度为50~90℃,聚合反应时间为12~24h,聚合产物冷却至室温后,洗涤、抽滤后得到聚多巴胺-石墨烯复合物;
S4:将S3所得的聚多巴胺-石墨烯复合物分散到去离子水中,制备浓度为0.5-5mg L-1的聚多巴胺-石墨烯悬浮液;
S5:向聚多巴胺-石墨烯悬浮液中加入镍盐,所述镍盐与氧化石墨烯的质量比为5~30:1,搅拌直至镍盐完全溶解后,加入沉淀剂,所述沉淀剂与镍盐的质量比为1:2.5~30,搅拌直至沉淀剂完全溶解后,将得到的混合物进行水热反应,水热温度为120~220℃,水热时间为5~24h,反应结束后,离心、洗涤、真空干燥,即得碳酸氢镍-聚多巴胺-石墨烯复合材料。
2.根据权利要求1所述的碳酸氢镍-聚多巴胺-石墨烯复合材料的制备方法,其特征在于,S1中,采用改进的Hummers方法制备氧化石墨烯,具体制备过程如下:
取一定体积的浓硫酸,用冰浴降温至0℃,向其中加入石墨粉,在搅拌下继续加入KMnO4,反应温度控制在20℃以下,KMnO4加完后在冰浴下继续搅拌30~40min;然后,在35~40℃下继续反应2h,再向反应液中加蒸馏水,使反应体系温度升至90℃,继续搅拌1h;加入一定体积的双氧水,使过量的KMnO4被还原;过滤,用稀盐酸溶液洗涤三次,水洗至中性,70℃烘干72h,得到所述氧化石墨烯。
3.根据权利要求1所述的碳酸氢镍-聚多巴胺-石墨烯复合材料的制备方法,其特征在于,S2中,采用pH为8.5的50 mmol L-1的Tris-HCl缓冲溶液调节氧化石墨烯悬浮液的pH值。
4.根据权利要求1所述的碳酸氢镍-聚多巴胺-石墨烯复合材料的制备方法,其特征在于,所述镍盐选自氯化镍、硫酸镍、乙酸镍中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的碳酸氢镍-聚多巴胺-石墨烯复合材料的制备方法,其特征在于,所述沉淀剂为尿素。
6.根据权利要求1所述的碳酸氢镍-聚多巴胺-石墨烯复合材料的制备方法,其特征在于,S5中,所述镍盐与氧化石墨烯的质量比为10~15:1,所述沉淀剂与镍盐的质量比为1:2.5~5。
7.一种权利要求1所述的制备方法制备而成的碳酸氢镍-聚多巴胺-石墨烯复合材料。
8.根据权利要求7所述的碳酸氢镍-聚多巴胺-石墨烯复合材料在超级电容器中作为电极材料的应用。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201711281815.1A CN108054021B (zh) | 2017-12-07 | 2017-12-07 | 碳酸氢镍-聚多巴胺-石墨烯复合材料及制备方法和应用 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201711281815.1A CN108054021B (zh) | 2017-12-07 | 2017-12-07 | 碳酸氢镍-聚多巴胺-石墨烯复合材料及制备方法和应用 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN108054021A true CN108054021A (zh) | 2018-05-18 |
CN108054021B CN108054021B (zh) | 2019-08-23 |
Family
ID=62123137
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201711281815.1A Active CN108054021B (zh) | 2017-12-07 | 2017-12-07 | 碳酸氢镍-聚多巴胺-石墨烯复合材料及制备方法和应用 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN108054021B (zh) |
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109243843A (zh) * | 2018-10-08 | 2019-01-18 | 西安交通大学 | 一种超细硫化物/石墨烯二维复合材料及其制备方法和应用 |
CN109243845A (zh) * | 2018-10-23 | 2019-01-18 | 桂林电子科技大学 | 一种立方晶Co3O4掺杂石墨烯多孔碳复合材料的制备及应用 |
CN109569687A (zh) * | 2018-11-29 | 2019-04-05 | 武汉工程大学 | 一种具有核壳结构的二氧化锡/氮掺杂石墨/硫化镉复合材料及其制备方法 |
CN109741964A (zh) * | 2019-02-18 | 2019-05-10 | 南阳理工学院 | 氧化铁-聚多巴胺-石墨烯复合材料、其制备方法及应用 |
CN109772410A (zh) * | 2019-02-21 | 2019-05-21 | 西南大学 | 一种高效铱基电解水双功能催化剂及其制备方法和应用 |
CN110183850A (zh) * | 2019-05-31 | 2019-08-30 | 西北工业大学 | 氧化铜/聚多巴胺/还原氧化石墨烯CuO/PDA/rGO的制备方法 |
CN111244438A (zh) * | 2020-01-21 | 2020-06-05 | 四川虹微技术有限公司 | 一种石墨烯/碳包覆钛酸锂复合材料及其制备方法 |
CN112151282A (zh) * | 2020-09-15 | 2020-12-29 | 大连理工大学 | 可用于超级电容器的二维镍钴氢氧化物纳米片/石墨烯@聚多巴胺的制备方法 |
CN114345411A (zh) * | 2022-01-18 | 2022-04-15 | 南阳理工学院 | 一种复合材料及其制备方法和应用 |
CN117822310A (zh) * | 2024-03-05 | 2024-04-05 | 苏州金泉新材料股份有限公司 | 一种天然弱酸的具有抑菌效果的无刺激聚乳酸无纺布 |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104399090A (zh) * | 2014-11-12 | 2015-03-11 | 深圳先进技术研究院 | 一种聚多巴胺修饰的还原氧化石墨烯及其制备方法和应用 |
CN105254916A (zh) * | 2015-09-30 | 2016-01-20 | 西南交通大学 | 一种氧化石墨烯/聚多巴胺复合气凝胶的制备方法 |
CN105603717A (zh) * | 2016-01-24 | 2016-05-25 | 苏州大学 | 一种表面改性芳纶纤维及其制备方法 |
CN106006614A (zh) * | 2016-05-25 | 2016-10-12 | 福建翔丰华新能源材料有限公司 | 一种超级电容器用自支撑氮掺杂多孔石墨烯的制备方法 |
CN107235472A (zh) * | 2017-05-24 | 2017-10-10 | 华中科技大学 | 氮掺杂多孔垂直石墨烯纳米墙阵列及其制备方法与应用 |
CN107394177A (zh) * | 2017-08-02 | 2017-11-24 | 中国石油大学(华东) | 一种钠离子电池负极用碳酸氢镍/石墨烯复合材料及其制备方法与应用 |
-
2017
- 2017-12-07 CN CN201711281815.1A patent/CN108054021B/zh active Active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104399090A (zh) * | 2014-11-12 | 2015-03-11 | 深圳先进技术研究院 | 一种聚多巴胺修饰的还原氧化石墨烯及其制备方法和应用 |
CN105254916A (zh) * | 2015-09-30 | 2016-01-20 | 西南交通大学 | 一种氧化石墨烯/聚多巴胺复合气凝胶的制备方法 |
CN105603717A (zh) * | 2016-01-24 | 2016-05-25 | 苏州大学 | 一种表面改性芳纶纤维及其制备方法 |
CN106006614A (zh) * | 2016-05-25 | 2016-10-12 | 福建翔丰华新能源材料有限公司 | 一种超级电容器用自支撑氮掺杂多孔石墨烯的制备方法 |
CN107235472A (zh) * | 2017-05-24 | 2017-10-10 | 华中科技大学 | 氮掺杂多孔垂直石墨烯纳米墙阵列及其制备方法与应用 |
CN107394177A (zh) * | 2017-08-02 | 2017-11-24 | 中国石油大学(华东) | 一种钠离子电池负极用碳酸氢镍/石墨烯复合材料及其制备方法与应用 |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
JINFENG SUN: "Solvothermal synthesis of Ni(HCO3)2/graphene composites toward supercapacitors and the faradiac redox mechanism in KOH solution", 《JOURNAL OF ALLOYS AND COMPOUNDS》 * |
WILLIAM S.HUMMERS JR: "Preparation of Graphitic Oxide", 《J.AM.CHEM.SOC》 * |
Cited By (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109243843A (zh) * | 2018-10-08 | 2019-01-18 | 西安交通大学 | 一种超细硫化物/石墨烯二维复合材料及其制备方法和应用 |
CN109243845A (zh) * | 2018-10-23 | 2019-01-18 | 桂林电子科技大学 | 一种立方晶Co3O4掺杂石墨烯多孔碳复合材料的制备及应用 |
CN109569687A (zh) * | 2018-11-29 | 2019-04-05 | 武汉工程大学 | 一种具有核壳结构的二氧化锡/氮掺杂石墨/硫化镉复合材料及其制备方法 |
CN109741964A (zh) * | 2019-02-18 | 2019-05-10 | 南阳理工学院 | 氧化铁-聚多巴胺-石墨烯复合材料、其制备方法及应用 |
CN109772410B (zh) * | 2019-02-21 | 2021-11-09 | 西南大学 | 一种高效铱基电解水双功能催化剂及其制备方法和应用 |
CN109772410A (zh) * | 2019-02-21 | 2019-05-21 | 西南大学 | 一种高效铱基电解水双功能催化剂及其制备方法和应用 |
CN110183850A (zh) * | 2019-05-31 | 2019-08-30 | 西北工业大学 | 氧化铜/聚多巴胺/还原氧化石墨烯CuO/PDA/rGO的制备方法 |
CN111244438A (zh) * | 2020-01-21 | 2020-06-05 | 四川虹微技术有限公司 | 一种石墨烯/碳包覆钛酸锂复合材料及其制备方法 |
CN111244438B (zh) * | 2020-01-21 | 2021-04-16 | 四川虹微技术有限公司 | 一种石墨烯/碳包覆钛酸锂复合材料及其制备方法 |
CN112151282A (zh) * | 2020-09-15 | 2020-12-29 | 大连理工大学 | 可用于超级电容器的二维镍钴氢氧化物纳米片/石墨烯@聚多巴胺的制备方法 |
CN112151282B (zh) * | 2020-09-15 | 2022-02-15 | 大连理工大学 | 镍钴氢氧化物纳米片/石墨烯@聚多巴胺的制备方法 |
CN114345411A (zh) * | 2022-01-18 | 2022-04-15 | 南阳理工学院 | 一种复合材料及其制备方法和应用 |
CN114345411B (zh) * | 2022-01-18 | 2023-12-05 | 南阳理工学院 | 一种复合材料及其制备方法和应用 |
CN117822310A (zh) * | 2024-03-05 | 2024-04-05 | 苏州金泉新材料股份有限公司 | 一种天然弱酸的具有抑菌效果的无刺激聚乳酸无纺布 |
CN117822310B (zh) * | 2024-03-05 | 2024-05-28 | 苏州金泉新材料股份有限公司 | 一种天然弱酸的具有抑菌效果的无刺激聚乳酸无纺布 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN108054021B (zh) | 2019-08-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN108054021B (zh) | 碳酸氢镍-聚多巴胺-石墨烯复合材料及制备方法和应用 | |
CN101671478B (zh) | 一种碳纳米管/聚苯胺网状复合材料的制备方法 | |
CN105001420B (zh) | 一种聚吡咯纳米纤维导电电极材料的制备方法 | |
CN105175761B (zh) | 一种细菌纤维素/聚苯胺/石墨烯膜材料的制备方法及其应用 | |
CN102329424B (zh) | 一种制备聚吡咯/石墨烯复合薄膜材料的方法 | |
CN103480406B (zh) | 一种氮掺杂石墨烯/氮掺杂碳纳米管/四氧化三钴复合纸及其制备方法 | |
CN107785181A (zh) | 一种超级电容器电极材料及其制备方法 | |
CN106531452B (zh) | 四元碳纤维布/石墨烯/四氧化三钴/聚苯胺复合电极材料的制备方法 | |
CN105572196A (zh) | 镍钴合金/聚吡咯/还原石墨烯纳米复合材料及其应用 | |
CN106645347A (zh) | 一种基于血红蛋白‑纳米钯‑石墨烯复合材料的电化学生物传感器件的制备及其应用研究 | |
CN101942090B (zh) | 一种纳米纤维聚苯胺的制备方法 | |
CN105111507A (zh) | 一种细菌纤维素/聚苯胺/碳纳米管导电膜材料的制备方法及其应用 | |
CN106082162B (zh) | 一种超级电容器含氮多孔碳材料的制备方法 | |
CN105140042B (zh) | 一种细菌纤维素/活性碳纤维/碳纳米管膜材料的制备方法及其应用 | |
CN103252250A (zh) | 氮、铁修饰的碳材料的制备及应用 | |
CN105719850A (zh) | 石墨烯聚吡咯/双金属氢氧化物纳米线三元复合材料及其制备方法和应用 | |
CN108950736A (zh) | 纳米多孔碳纤维及其制备方法 | |
CN107417910B (zh) | 碳纳米角/石墨烯/聚苯胺复合材料的制备方法及应用 | |
CN108130552A (zh) | 一种聚苯胺氧化亚铜复合材料及其制备方法和应用 | |
CN108597896A (zh) | 一种树叶形状的磷酸钴纳米片的制备方法及应用 | |
CN103044681A (zh) | 聚苯胺/碳纳米管/纳米镍粉体材料的制备方法 | |
CN113410063A (zh) | 一种碳纳米管复合电极材料及其制备方法 | |
CN106024094B (zh) | 一种柔性导电聚苯胺纳米纤维凹凸电极材料及其制备方法 | |
Cai et al. | High performance flexible silk fabric electrodes with antibacterial, flame retardant and UV resistance for supercapacitors and sensors | |
CN109741964A (zh) | 氧化铁-聚多巴胺-石墨烯复合材料、其制备方法及应用 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |