CN110112008A - 一种RuO2-PPy-RGO三元超电容材料的合成方法 - Google Patents

一种RuO2-PPy-RGO三元超电容材料的合成方法 Download PDF

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Abstract

本发明利用RuI3原料巧妙工艺合成RuO2‑PPy‑RGO三元超电容材料，I‑离子还原氧化石墨得到RGO，Ru3+和吡咯单体附着在RGO上，经氧化得到RuO2‑PPy负载的石墨烯，同时生成的I2起到聚吡咯掺杂剂的作用，材料的结构形貌控制稳定，电导率高，比电容高，循环性能好。

Description

一种RuO2-PPy-RGO三元超电容材料的合成方法
技术领域
本发明属于材料化学技术领域，涉及一种RuO2-PPy-RGO三元超电容材料的合成方法。
背景技术
在导电高分子中，聚吡咯被认为是用于I型超级电容和II型超级电容正极最有前途的电极材料之一，在非质子、水、非水电解液中都具有良好的电活性。本征态聚吡咯电导率很低，通过碘掺杂可以大幅度提升电导率，提升比容量和功率容量。化学电容器中聚吡咯电极的性能可以通过与金属氧化物纳米颗粒或者碳材料复合的方式进行改善。氧化钌(RuO2)具有非常高的理论赝电容，电化学可逆性好，循环性能好，是最有潜力的氧化物超级电容材料。纯 RuO2价格昂贵，电导率低，通常少量添加与碳材料、导电高分子等复合构成电极材料。作为碳材料中的新贵，石墨烯具有很高的比表面积和电导率，理想状态下是非常优异的超电容电极材料，与共轭高分子复合可以协同电子供给和接受，获得更高的比电容和循环寿命。但是，工艺上石墨烯分散困难，传统方法难以获得分散良好的复合材料。将RuO2纳米颗粒、PPy和石墨烯有效分散复合，获得性能优化的复合电极材料，是工艺上的难点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种RuO2-PPy-RGO三元超电容材料的合成方法，其特征在于，包括以下步骤：将吡咯单体溶于去离子水中，加入氧化石墨超声搅拌形成溶胶，将KI和RuI3溶解在另一份去离子水中溶液中，缓慢加入第一份溶胶中，得到混合溶液A，持续搅拌反应 6～12小时后，加入含有引发剂的水溶液，加入过程中持续搅拌，室温～40℃搅拌反应12～24 小时后得到沉淀，经过滤洗涤烘干得到RuO2-PPy-RGO三元超电容材料粉末。
所述吡咯单体在混合溶液A中的浓度为0.04～0.1mol/L；氧化石墨的加入量在混合溶液A中为0.2～1.5gL-1。
所述碘化钾在混合溶液A中的浓度为10～20gL-1，RuI3在混合溶液A中的浓度为1～5gL-1。
所述引发剂包括过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠中的一种，加入量为吡咯单体摩尔量的 8～10倍。
所述的洗涤是用去离子水和乙醇交替洗涤，每次洗涤后采用离心机沉淀或抽滤设备进行过滤，过滤产物重新在去离子水或乙醇中分散，反复过滤直到滤液pH值为7，最后一次用乙醇洗涤以方便干燥；所述的干燥是在50～80℃真空烘箱中烘干，真空干燥条件为真空度＜133Pa。
本发明利用RuI3原料巧妙工艺合成RuO2-PPy-RGO三元超电容材料，I-离子还原氧化石墨得到RGO，Ru3+和吡咯单体附着在RGO上，经氧化得到RuO2-PPy负载的石墨烯，同时生成的I2起到聚吡咯掺杂剂的作用，材料的结构形貌控制稳定，电导率高，比电容高，循环性能好。
本发明的内容和特点已揭示如上，然而前面叙述的本发明仅仅简要地或只涉及本发明的特定部分，本发明的特征可能比在此公开的内容涉及的更多。因此，本发明的保护范围应不限于实施例所揭示的内容，而应该包括在不同部分中所体现的所有内容的组合，以及各种不背离本发明的替换和修饰，并为本发明的权利要求书所涵盖。
附图说明
图1为采用本发明(实施例1)合成RuO2-PPy-RGO三元超电容材料微观形态的扫描电镜照片。
具体实施方式
实施例1
将0.08mol/L吡咯单体溶于50mL去离子水中，加入3gL-1氧化石墨超声搅拌形成溶胶，将40KI和10gL-1RuI3溶解在另一份50mL去离子水中溶液中，缓慢加入第一份溶胶中，得到混合溶液A，持续搅拌反应12小时后，加入50mL含有0.8mol/L过硫酸铵的水溶液，加入过程中持续搅拌，40℃搅拌反应12小时后得到沉淀，经过滤洗涤烘干得到如图1所示 RuO2-PPy-RGO三元超电容材料粉末。将制备的粉体用PVDF作为粘结剂涂覆在PET膜上，再均匀涂覆一层PVA/H3PO4凝胶电解质，剪成大小相同的2个5cm×8cm片材，分别作为正负电极，待两个电极上面的电解质处于半干状态时，将2个电极面对面贴在一起，烘干得到全固态对称型超级电容器，比容量为1182Fg-1，1000次充放电衰减9％。
实施例2
将0.2mol/L吡咯单体溶于50mL去离子水中，加入0.4gL-1氧化石墨超声搅拌形成溶胶，将20KI和2gL-1RuI3溶解在另一份50mL去离子水中溶液中，缓慢加入第一份溶胶中，得到混合溶液A，持续搅拌反应6小时后，加入50mL含有1.6mol/L过硫酸钠的水溶液，加入过程中持续搅拌，室温搅拌反应24小时后得到沉淀，经过滤洗涤烘干得到RuO2-PPy-RGO三元超电容材料粉末。将制备的粉体用PVDF作为粘结剂涂覆在PET膜上，再均匀涂覆一层PVA/H3PO4凝胶电解质，剪成大小相同的2个5cm×8cm片材，分别作为正负电极，待两个电极上面的电解质处于半干状态时，将2个电极面对面贴在一起，烘干得到全固态对称型超级电容器，比容量为1068Fg-1，1000次充放电衰减12％。
实施例3
将0.1mol/L吡咯单体溶于50mL去离子水中，加入2gL-1氧化石墨超声搅拌形成溶胶，将30KI和5gL-1RuI3溶解在另一份50mL去离子水中溶液中，缓慢加入第一份溶胶中，得到混合溶液A，持续搅拌反应10小时后，加入50mL含有1mol/L过硫酸钾的水溶液，加入过程中持续搅拌，室温搅拌反应12小时后得到沉淀，经过滤洗涤烘干得到RuO2-PPy-RGO三元超电容材料粉末。将制备的粉体用PVDF作为粘结剂涂覆在PET膜上，再均匀涂覆一层 PVA/H3PO4凝胶电解质，剪成大小相同的2个5cm×8cm片材，分别作为正负电极，待两个电极上面的电解质处于半干状态时，将2个电极面对面贴在一起，烘干得到全固态对称型超级电容器，比容量为1049Fg-1，1000次充放电衰减10％。

Claims (6)

1.一种RuO2-PPy-RGO三元超电容材料的合成方法，其特征在于，包括以下步骤：将吡咯单体溶于去离子水中，加入氧化石墨超声搅拌形成溶胶，将KI和RuI3溶解在另一份去离子水中溶液中，缓慢加入第一份溶胶中，得到混合溶液A，持续搅拌反应6～12小时后，加入含有引发剂的水溶液，加入过程中持续搅拌，室温～40℃搅拌反应12～24小时后得到沉淀，经过滤洗涤烘干得到RuO2-PPy-RGO三元超电容材料粉末。
2.根据权利要求1所述一种RuO2-PPy-RGO三元超电容材料的合成方法，其特征在于：所述吡咯单体在混合溶液A中的浓度为0.04～0.1mol/L；氧化石墨的加入量在混合溶液A中为0.2～1.5gL-1。
3.根据权利要求1所述一种RuO2-PPy-RGO三元超电容材料的合成方法，其特征在于：所述碘化钾在混合溶液A中的浓度为10～20gL-1，RuI3在混合溶液A中的浓度为1～5gL-1。
4.根据权利要求1所述一种RuO2-PPy-RGO三元超电容材料的合成方法，其特征在于：所述引发剂包括过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠中的一种，加入量为吡咯单体摩尔量的8～10倍。
5.根据权利要求1所述一种RuO2-PPy-RGO三元超电容材料的合成方法，其特征在于：所述的洗涤是用去离子水和乙醇交替洗涤，每次洗涤后采用离心机沉淀或抽滤设备进行过滤，过滤产物重新在去离子水或乙醇中分散，反复过滤直到滤液pH值为7，最后一次用乙醇洗涤以方便干燥；所述的干燥是在50～80℃真空烘箱中烘干，真空干燥条件为真空度＜133Pa。
6.一种如权利要求1～5任意一项所述RuO2-PPy-RGO三元超电容材料的合成方法所制备的RuO2-PPy-RGO三元超电容材料。
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