CN115206689A - 一种石墨烯改性材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于石墨烯材料改性材料技术领域，具体涉及一种石墨烯改性材料及其制备方法，石墨烯改性材料包括氧杂苯胺分子石墨烯改性材料，氧杂苯胺分子石墨烯改性材料为氧杂苯胺分子通过共价键形式连接在石墨烯骨架上，氧杂苯胺分子包括苯胺单元上连接有2个和/或3个氧原子取代基。本发明的石墨烯改性材料具有优异的电学性能，可用于超级电容器，在能量存储方面具有较好的应用价值。

Description

一种石墨烯改性材料及其制备方法
技术领域
本发明属于石墨烯材料改性材料技术领域，具体涉及一种石墨烯改性材料及其制备方法。
背景技术
超级电容器是一种介于传统平行板电容器和电池之间的新型绿色储能器件，主要由集流体、电极材料、电解质和隔膜等部分组成。超级电容器既具有远高于传统电容器的能量密度，同时相比于电池而言，又具有较高的功率密度。此外，超级电容器还具有充电时间短、循环使用寿命长、无记忆效应以及基本上无需维护等优点，被广泛应用于电动汽车、便携式电子设备、高功率电源等领域。电极材料是超级电容器中最重要的组成部分。当前，人们对电极材料的研制主要集中在开发高比电容、高功率密度、高能量密度、高倍率性能、循环稳定性好、环境友好的活性材料。而常见的导电聚合物、过渡金属氧化物等虽然理论比电容高，但存在着导电性低、循环稳定性差等致命缺点。因此，研制高比电容、高能量密度同时兼具高倍率性能、循环稳定性好的材料是当前超级电容器电极材料的挑战之一。
石墨烯(Graphene)是一种碳原子以sp2杂化方式相互连接而成、单原子层厚度的二维蜂窝状晶格结构材料，具有优异的光学、电学、热学、力学等性能，在超级电容器、二次离子电池等电化学储能技术有着巨大的应用前景。在超级电容器领域，本征石墨烯作为电极材料的理论比电容高达550Fg-1，但在实际应用中，石墨烯所展现出的比电容通常小于300Fg-1，远远低于其理论比电容。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种石墨烯改性材料，该石墨烯改性材料在石墨烯骨架上引入氧杂苯胺分子，能够对石墨烯的结构进行改性，以提高石墨烯的电化学性能。
为了解决上述技术问题，本发明提供的一种技术方案为：一种石墨烯改性材料，包括氧杂苯胺分子石墨烯改性材料，氧杂苯胺分子石墨烯改性材料为氧杂苯胺分子通过共价键形式连接在石墨烯骨架上，氧杂苯胺分子包括苯胺单元上连接有2个和/或3个氧原子取代基。
作为其中一种技术方案，苯胺单元上连接有2个氧原子取代基，2个氧原子取代基位于苯胺单元的苯环的1取代位、2取代位、3取代位、4取代位、5取代位的任意两者。
其中，2个氧原子取代基为羟基或C1～C4烷烃基醚基，2个氧原子取代基相同或不同。
其中，苯胺单元未被氧原子取代基取代的其他取代位的取代基选自于氢，C1～C4烷烃基，或氨基；未被氧原子取代基取代的其他取代位的取代基相同或不相同。
作为另一种技术方案，苯胺单元上连接有3个氧原子取代基，3个氧原子取代基位于苯胺单元的苯环的1取代位、2取代位、3取代位、4取代位、5取代位的任意三者，3个氧原子取代基为羟基或C1～C4烷烃基醚基，3个氧原子取代基相同或不同。
其中，苯胺单元未被氧原子取代基取代的其他取代位的取代基选自于氢，C1～C4烷烃基，或氨基；未被氧原子取代基取代的其他取代位的取代基相同或不相同。
其中，氧杂苯胺分子的结构式具体选自于表1中的任意一者或几者。
表1氧杂苯胺分子的结构式。
Figure BDA0003735329080000031
Figure BDA0003735329080000041
Figure BDA0003735329080000051
其中，氧杂苯胺分子石墨烯改性材料的比电容为474.2F/g-613.8F/g。
本发明还包括第二种技术方案，一种石墨烯改性材料的制备方法，包括：以氧杂苯胺分子和氧化石墨烯为前驱体，加入溶剂，超声及搅拌混合，并于反应釜中于30℃～200℃下反应，反应完成后，后处理，得到氧杂苯胺分子石墨烯改性材料，其中，所述氧杂苯胺分子包括苯胺单元上连接有2个和/或3个氧原子取代基。
其中，反应的时间为0.5h～72h。
其中，氧杂苯胺分子和氧化石墨烯的质量比为氧杂苯胺分子：氧化石墨烯＝0.1:1～10:1。
其中，溶剂为水、甲醇、乙醇、四氢呋喃、N-甲基吡咯烷酮、N，N-二甲基甲酰胺和二甲基亚砜中的任一种或几种的组合。
其中，后处理包括过滤、洗涤和烘干处理。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明的石墨烯改性材料，氧杂苯胺分子通过共价键形式连接在石墨烯骨架上，可以改善石墨烯的紧密堆积情况，获得的产品呈疏松分散的层状结构，石墨烯改性材料具有优异的电学性能，可用于超级电容器，在能量存储方面具有较好的应用价值。
(2)本发明的石墨烯改性材料比电容为474.2F/g-613.8F/g，石墨烯改性材料最高可到613.8Fg-1，超越了石墨烯理论比电容，同时兼具出色的倍率性能、优异的电化学循环稳定性等。
(3)本发明的石墨烯改性材料的制备方法，氧杂苯胺分子和氧化石墨烯(GO)都是廉价易得的原料；通过简单的一步水热法即可制备得到氧杂苯胺分子功能化石墨烯产物，无需使用价值高昂的设备和严苛的反应条件。本发明的制备方法，反应体系简单，设备成本低，操作简单，反应条件易于实现，分离简单，产品纯净，适用于工业大规模生产。
附图说明
图1为本发明实施例1反应物与产物各自的红外谱图(FTIR)。
图2为本发明实施例1反应物与产物各自的X射线衍射谱图(XRD)。
图3为本发明实施例1反应产物的扫描电子显微镜图像(SEM)。
图4为本发明实施例1的反应产物在三电极测试条件下的(a)循环伏安图(CV)和(b)恒电流充放电图(GCD)。
图5为本发明实施例2的反应产物在三电极测试条件下的(a)循环伏安图(CV)和(b)恒电流充放电图(GCD)。
图6为本发明实施例3的反应产物在三电极测试条件下(a)循环伏安图(CV)和(b)恒电流充放电图(GCD)。
图7为本发明实施例4的反应产物在三电极测试条件下的(a)循环伏安图(CV)和(b)恒电流充放电图(GCD)。
图8为本发明实施例5的反应产物在三电极测试条件下的(a)循环伏安图(CV)和(b)恒电流充放电图(GCD)。
图9为本发明实施例6的反应产物在三电极测试条件下的(a)循环伏安图(CV)和(b)恒电流充放电图(GCD)。
图10为本发明实施例7的反应产物在三电极测试条件下的(a)循环伏安图(CV)和(b)恒电流充放电图(GCD)。
图11为本发明实施例8的反应产物在三电极测试条件下的(a)循环伏安图(CV)和(b)恒电流充放电图(GCD)。
图12为本发明实施例9的反应产物在三电极测试条件下的(a)循环伏安图(CV)和(b)恒电流充放电图(GCD)。
图13为本发明实施例10的反应产物在三电极测试条件下的(a)循环伏安图(CV)和(b)恒电流充放电图(GCD)。
图14为本发明实施例11的反应产物在三电极测试条件下的(a)循环伏安图(CV)和(b)恒电流充放电图(GCD)。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供一种石墨烯改性材料的制备方法，包括：以氧杂苯胺分子和氧化石墨烯为前驱体，加入溶剂，超声及搅拌混合，并于反应釜中于30℃～200℃下反应，反应完成后，后处理，得到氧杂苯胺分子石墨烯改性材料，其中，所述氧杂苯胺分子包括苯胺单元上连接有2个和/或3个氧原子取代基。
在本发明一实施例中，氧杂苯胺分子包括苯胺单元上连接有2个氧原子取代基。在另一实施例中，氧杂苯胺分子包括苯胺单元上连接有3个氧原子取代基。在再一实施例中，可以采用氧杂苯胺分子包括苯胺单元上连接有2个氧原子取代基和苯胺单元上连接有3个氧原子取代基的物质同时与氧化石墨烯溶剂热反应，获得氧杂苯胺分子石墨烯改性材料，其中，所述氧杂苯胺分子包括苯胺单元上连接有2个和3个氧原子取代基。
其中，反应的时间为0.5h～72h。
其中，氧杂苯胺分子和氧化石墨烯的质量比为氧杂苯胺分子：氧化石墨烯＝0.1:1～10:1。
其中，溶剂为水、甲醇、乙醇、四氢呋喃、N-甲基吡咯烷酮、N，N-二甲基甲酰胺和二甲基亚砜中的任一种或几种的组合。
本发明的制备方法制备的石墨烯改性材料，包括氧杂苯胺分子石墨烯改性材料，氧杂苯胺分子石墨烯改性材料为氧杂苯胺分子通过共价键形式连接在石墨烯骨架上，氧杂苯胺分子包括苯胺单元上连接有2个和/或3个氧原子取代基。
作为其中一种技术方案，苯胺单元上连接有2个氧原子取代基，2个氧原子取代基位于苯胺单元的苯环的1取代位、2取代位、3取代位、4取代位、5取代位的任意两者。
其中，2个氧原子取代基为羟基或C1～C4烷烃基醚基，2个氧原子取代基相同或不同。
其中，苯胺单元未被氧原子取代基取代的其他取代位的取代基选自于氢，C1～C4烷烃基，或氨基；未被氧原子取代基取代的其他取代位的取代基相同或不相同。
作为另一种技术方案，苯胺单元上连接有3个氧原子取代基，3个氧原子取代基位于苯胺单元的苯环的1取代位、2取代位、3取代位、4取代位、5取代位的任意三者，3个氧原子取代基为羟基或C1～C4烷烃基醚基，3个氧原子取代基相同或不同。
其中，苯胺单元未被氧原子取代基取代的其他取代位的取代基选自于氢，C1～C4烷烃基，或氨基；未被氧原子取代基取代的其他取代位的取代基相同或不相同。
其中，氧杂苯胺分子的结构式具体选自于表1中的任意一者或几者。
其中，氧杂苯胺分子石墨烯改性材料的比电容为474.2F/g-613.8F/g。
为了便于说明本发明的制备方法和本发明制备的的石墨烯改性材料，本发明提供以下具体实施例，需要说明的是，本发明并不局限于以下实施例。以下实施例并不能穷举本发明的技术方案。
实施例1：
一种石墨烯改性材料的制备方法，包括：
步骤一：将50mg的2,5-二甲氧基苯胺(DMA)和50mg氧化石墨烯(GO)粉末加入100mL的反应釜中，然后加入5mLN,N-二甲基甲酰胺(DMF)和20mL去离子水，在功率为100瓦的超声波清洗器中超声30min，再搅拌1h，使反应体系充分混合均匀。
步骤二：将反应釜放置于烘箱中，设定温度为90℃，反应时长为48h。反应结束后，对反应液进行抽滤，用足量的DMF、乙醇洗去任何可能存在的杂质，最后将滤饼放置于60℃的真空干燥箱中12h，即得到纯净的2,5-二甲氧基苯胺分子功能化的石墨烯产物，呈黑色粉末状。
本发明实施例的制备方法获得的石墨烯改性材料，其为氧杂苯胺分子石墨烯改性材料，所述氧杂苯胺分子石墨烯改性材料为氧杂苯胺分子通过共价键形式连接在石墨烯骨架上，氧杂苯胺分子石墨烯改性材料具体为2,5-二甲氧基苯胺分子功能化的石墨烯材料。
表2实施例1～实施例11得到的氧杂苯胺分子石墨烯改性材料的元素分析结果(wt％)。
实施例 C H O N
1 67.6 3.7 23.0 5.7
2 68.2 4.3 22.0 5.5
3 69.1 3.4 24.1 3.4
4 68.7 4.3 21.6 5.4
5 64.4 4.3 24.2 7.1
6 67.0 3.6 24.2 5.2
7 65.4 3.7 24.2 6.7
8 71.5 3.5 22.5 2.5
9 66.2 4.0 23.3 6.5
10 68.7 3.5 22.6 5.2
11 80.3 2.8 15.3 1.6
参见表2，从实施例1的元素分析结果可以看出，C、H、O、N元素的含量分别为67.6％、3.7％、23.0％、5.7％。图1为实施例1的反应原料和产物各自的红外谱图。反应产物较GO粉末在1167cm-1新出现了C-N特征振动峰，以及在2800～2900cm-1出新出现了N-H特征振动峰，证实了2,5-二甲氧基苯胺分子成功接枝到石墨烯骨架上。图2为实施例1的反应原料和产物各自的XRD谱图，GO粉末在10°和42°左右处的衍射峰消失了，产物在26°左右处新出现了类似于石墨的衍射峰，说明了GO在接枝2,5-二甲氧基苯胺分子反应过程同时发生了还原反应。图3为实施例1的扫描电子显微镜(SEM)图像，从图中可以看出，产物呈现疏松分散的层状结构，这种结构十分有利于电解液的渗透和穿梭。图4(a)是实施例1中反应产物的电化学循环伏安图，测试条件是在三电极系统下，以1MH2SO4水溶液为电解质，铂片为对电极，Ag/AgCl电极为参比电极。从图中可以看出，产物有一对非常明显和两对较不明显的氧化还原峰，证明氧化还原反应的发生。图4(b)为实施例1中反应产物在三电极测试条件下的恒电流充放电图(GCD)，从图中可以看出，GCD曲线呈现出对称的等腰三角形，表明产物具有优异的氧化还原可逆性，并且该产物在1Ag-1电流密度下表现出590.9Fg-1的高质量比电容。
实施例2：
一种石墨烯改性材料的制备方法，包括：
步骤一：将80mg的2,5-二乙氧基苯胺和50mg氧化石墨烯粉末加入100mL的反应釜中，然后加入5mL四氢呋喃(THF)和20mL去离子水，在功率为100瓦的超声波清洗器中超声30min，再搅拌1h，使反应体系充分混合均匀。
步骤二：将反应釜放置于烘箱中，设定温度为120℃，反应时长为36h。反应结束后，对反应液进行抽滤，用足量的DMF、乙醇洗去任何可能存在的杂质，最后将滤饼放置于60℃的真空干燥箱中12h，即得到纯净的2,5-二乙氧基苯胺分子功能化的石墨烯产物，呈黑色粉末状。
参见表2，从实施例2的元素分析结果可以看出，C、H、O、N元素的含量分别为68.2％、4.3％、22.0％、5.5％。图5(a)是实施例2中反应产物的电化学循环伏安图，测试条件是在三电极系统下，以1MH2SO4水溶液为电解质，铂片为对电极，Ag/AgCl电极为参比电极。从图中可以看出，产物有三对连续的氧化还原峰，证明氧化还原反应的发生。图5(b)为实施例2中反应产物在三电极测试条件下的恒电流充放电图(GCD)，从图中可以看出，GCD曲线呈现出对称的等腰三角形，表明产物具有优异的氧化还原可逆性，并且该产物在1Ag-1电流密度下表现出480.7Fg-1的高质量比电容。
实施例3：
一种石墨烯改性材料的制备方法，包括：
步骤一：将30mg的2-氨基-4-甲氧基苯酚和50mg氧化石墨烯粉末加入100mL的反应釜中，然后加入5mL甲醇和20mLN,N-二甲基甲酰胺(DMF)，在功率为100瓦的超声波清洗器中超声30min，再搅拌1h，使反应体系充分混合均匀。
步骤二：将反应釜放置于烘箱中，设定温度为60℃，反应时长为60h。反应结束后，对反应液进行抽滤，用足量的DMF、乙醇洗去任何可能存在的杂质，最后将滤饼放置于60℃的真空干燥箱中12h，即得到纯净的2-氨基-4-甲氧基苯酚分子功能化的石墨烯产物，呈黑色粉末状。
参见表2，从实施例3的元素分析结果可以看出，C、H、O、N元素的含量分别为69.1％、3.4％、24.1％、3.4％。图6(a)是实施例3中反应产物的电化学循环伏安图，测试条件是在三电极系统下，以1MH2SO4水溶液为电解质，铂片为对电极，Ag/AgCl电极为参比电极。从图中可以看出，产物有两对明显的氧化还原峰，证明氧化还原反应的发生。图6(b)为实施例3中反应产物在三电极测试条件下的恒电流充放电图(GCD)，从图中可以看出，GCD曲线呈现出对称的等腰三角形，表明产物具有优异的氧化还原可逆性，并且该产物在1Ag-1电流密度下表现出474.2Fg-1的高质量比电容。
实施例4：
一种石墨烯改性材料的制备方法，包括：
步骤一：将100mg的3,5-二甲氧基-4-甲基苯胺和50mg氧化石墨烯粉末加入100mL的反应釜中，然后加入5mL乙醇和20mLN,N-二甲基甲酰胺(DMF)，在功率为100瓦的超声波清洗器中超声30min，再搅拌1h，使反应体系充分混合均匀。
步骤二：将反应釜放置于烘箱中，设定温度为140℃，反应时长为12h。反应结束后，对反应液进行抽滤，用足量的DMF、乙醇洗去任何可能存在的杂质，最后将滤饼放置于60℃的真空干燥箱中12h，即得到纯净的3,5-二甲氧基-4-甲基苯胺分子功能化的石墨烯产物，呈黑色粉末状。
参见表2，从实施例4的元素分析结果可以看出，C、H、O、N元素的含量分别为68.7％、4.3％、21.6％、5.4％。图7(a)是实施例4中反应产物的电化学循环伏安图，测试条件是在三电极系统下，以1MH2SO4水溶液为电解质，铂片为对电极，Ag/AgCl电极为参比电极。从图中可以看出，产物有三对连续的氧化还原峰，证明氧化还原反应的发生。图7(b)为实施例4中反应产物在三电极测试条件下的恒电流充放电图(GCD)，从图中可以看出，GCD曲线呈现出对称的等腰三角形，表明产物具有优异的氧化还原可逆性，并且该产物在1Ag-1电流密度下表现出547.1Fg-1的高质量比电容。
实施例5：
一种石墨烯改性材料的制备方法，包括：
步骤一：将500mg的3,5-二甲氧基-4-异丙基苯胺和50mg氧化石墨烯粉末加入100mL的反应釜中，然后加入5mL四氢呋喃(THF)和20mLN-甲基吡咯烷酮(NMP)，在功率为100瓦的超声波清洗器中超声30min，再搅拌1h，使反应体系充分混合均匀。
步骤二：将反应釜放置于烘箱中，设定温度为160℃，反应时长为8h。反应结束后，对反应液进行抽滤，用足量的DMF、乙醇洗去任何可能存在的杂质，最后将滤饼放置于60℃的真空干燥箱中12h，即得到纯净的3,5-二甲氧基-4-异丙基苯胺分子功能化的石墨烯产物，呈黑色粉末状。
参见表2，从实施例5的元素分析结果可以看出，C、H、O、N元素的含量分别为64.4％、4.3％、24.2％、7.1％。图8(a)是实施例5中反应产物的电化学循环伏安图，测试条件是在三电极系统下，以1MH2SO4水溶液为电解质，铂片为对电极，Ag/AgCl电极为参比电极。从图中可以看出，产物有一对非常明显和一对较不明显的氧化还原峰，证明氧化还原反应的发生。图8(b)为实施例5中反应产物在三电极测试条件下的恒电流充放电图(GCD)，从图中可以看出，GCD曲线呈现出对称的等腰三角形，表明产物具有优异的氧化还原可逆性，并且该产物在1Ag-1电流密度下表现出502.8Fg-1的高质量比电容。
实施例6：
一种石墨烯改性材料的制备方法，包括：
步骤一：将200mg的2-氨基-4,6-二甲氧基苯酚和50mg氧化石墨烯粉末加入100mL的反应釜中，然后加入5mLN-甲基吡咯烷酮(NMP)和20mL二甲基亚砜(DMSO)，在功率为100瓦的超声波清洗器中超声30min，再搅拌1h，使反应体系充分混合均匀。
步骤二：将反应釜放置于烘箱中，设定温度为180℃，反应时长为2h。反应结束后，对反应液进行抽滤，用足量的DMF、乙醇洗去任何可能存在的杂质，最后将滤饼放置于60℃的真空干燥箱中12h，即得到纯净的2-氨基-4,6-二甲氧基苯酚分子功能化的石墨烯产物，呈黑色粉末状。
参见表2，从实施例6的元素分析结果可以看出，C、H、O、N元素的含量分别为67.0％、3.6％、24.2％、5.2％。图9(a)是实施例6中反应产物的电化学循环伏安图，测试条件是在三电极系统下，以1MH2SO4水溶液为电解质，铂片为对电极，Ag/AgCl电极为参比电极。从图中可以看出，产物有三对连续的氧化还原峰，证明氧化还原反应的发生。图9(b)为实施例6中反应产物在三电极测试条件下的恒电流充放电图(GCD)，从图中可以看出，GCD曲线呈现出对称的等腰三角形，表明产物具有优异的氧化还原可逆性，并且该产物在1Ag-1电流密度下表现出546.8Fg-1的高质量比电容。
实施例7：
一种石墨烯改性材料的制备方法，包括：
步骤一：将150mg的3,5-二甲氧基-1,4-苯二胺和50mg氧化石墨烯粉末加入100mL的反应釜中，然后加入25mLN,N-二甲基甲酰胺(DMF)，在功率为100瓦的超声波清洗器中超声30min，再搅拌1h，使反应体系充分混合均匀。
步骤二：将反应釜放置于烘箱中，设定温度为200℃，反应时长为0.5h。反应结束后，对反应液进行抽滤，用足量的DMF、乙醇洗去任何可能存在的杂质，最后将滤饼放置于60℃的真空干燥箱中12h，即得到纯净的3,5-二甲氧基-1,4-苯二胺分子功能化的石墨烯产物，呈黑色粉末状。
参见表2，从实施例7的元素分析结果可以看出，C、H、O、N元素的含量分别为65.4％、3.7％、24.2％、6.7％。图10(a)是实施例7中反应产物的电化学循环伏安图，测试条件是在三电极系统下，以1MH2SO4水溶液为电解质，铂片为对电极，Ag/AgCl电极为参比电极。从图中可以看出，产物有两对非常明显的氧化还原峰，证明氧化还原反应的发生。图10(b)为实施例7中反应产物在三电极测试条件下的恒电流充放电图(GCD)，从图中可以看出，GCD曲线呈现出对称的等腰三角形，表明产物具有优异的氧化还原可逆性，并且该产物在1Ag-1电流密度下表现出606.3Fg-1的高质量比电容。
实施例8：
一种石墨烯改性材料的制备方法，包括：
步骤一：将20mg的5-氨基-2-甲氧基-3-甲基苯酚和50mg氧化石墨烯粉末加入100mL的反应釜中，然后加入5mL乙醇和20mL二甲基亚砜(DMSO)，在功率为100瓦的超声波清洗器中超声30min，再搅拌1h，使反应体系充分混合均匀。
步骤二：将反应釜放置于烘箱中，设定温度为100℃，反应时长为10h。反应结束后，对反应液进行抽滤，用足量的DMF、乙醇洗去任何可能存在的杂质，最后将滤饼放置于60℃的真空干燥箱中12h，即得到纯净的5-氨基-2-甲氧基-3-甲基苯酚分子功能化的石墨烯产物，呈黑色粉末状。
参见表2，从实施例8的元素分析结果可以看出，C、H、O、N元素的含量分别为71.5％、3.5％、22.5％、2.5％。图11(a)是实施例8中反应产物的电化学循环伏安图，测试条件是在三电极系统下，以1MH2SO4水溶液为电解质，铂片为对电极，Ag/AgCl电极为参比电极。从图中可以看出，产物有两对较为明显的氧化还原峰，证明氧化还原反应的发生。图11(b)为实施例8中反应产物在三电极测试条件下的恒电流充放电图(GCD)，从图中可以看出，GCD曲线呈现出对称的等腰三角形，表明产物具有优异的氧化还原可逆性，并且该产物在1Ag-1电流密度下表现出537.1Fg-1的高质量比电容。
实施例9：
一种石墨烯改性材料的制备方法，包括：
步骤一：将300mg的3,5-二甲氧基-2,6-二甲基苯胺和50mg氧化石墨烯粉末加入100mL的反应釜中，然后加入25mL去离子水，在功率为100瓦的超声波清洗器中超声30min，再搅拌1h，使反应体系充分混合均匀。
步骤二：将反应釜放置于烘箱中，设定温度为100℃，反应时长为12h。反应结束后，对反应液进行抽滤，用足量的DMF、乙醇洗去任何可能存在的杂质，最后将滤饼放置于60℃的真空干燥箱中12h，即得到纯净的3,5-二甲氧基-2,6-二甲基苯胺分子功能化的石墨烯产物，呈黑色粉末状。
参见表2，从实施例9的元素分析结果可以看出，C、H、O、N元素的含量分别为66.2％、4.0％、23.3％、6.5％。图12(a)是实施例9中反应产物的电化学循环伏安图，测试条件是在三电极系统下，以1MH2SO4水溶液为电解质，铂片为对电极，Ag/AgCl电极为参比电极。从图中可以看出，产物有连续多对的氧化还原峰，证明氧化还原反应的发生。图12(b)为实施例9中反应产物在三电极测试条件下的恒电流充放电图(GCD)，从图中可以看出，GCD曲线呈现出对称的等腰三角形，表明产物具有优异的氧化还原可逆性，并且该产物在1Ag-1电流密度下表现出516.2Fg-1的高质量比电容。
实施例10：
一种石墨烯改性材料的制备方法，包括：
步骤一：将40mg的3,4,5-三甲氧基苯胺和50mg氧化石墨烯粉末加入100mL的反应釜中，然后加入5mL甲醇和20mL四氢呋喃(THF)，在功率为100瓦的超声波清洗器中超声30min，再搅拌1h，使反应体系充分混合均匀。
步骤二：将反应釜放置于烘箱中，设定温度为80℃，反应时长为60h。反应结束后，对反应液进行抽滤，用足量的DMF、乙醇洗去任何可能存在的杂质，最后将滤饼放置于60℃的真空干燥箱中12h，即得到纯净的3,4,5-三甲氧基苯胺分子功能化的石墨烯产物，呈黑色粉末状。
参见表2，从实施例10的元素分析结果可以看出，C、H、O、N元素的含量分别为68.7％、3.5％、22.6％、5.2％。图13(a)是实施例10中反应产物的电化学循环伏安图，测试条件是在三电极系统下，以1MH2SO4水溶液为电解质，铂片为对电极，Ag/AgCl电极为参比电极。从图中可以看出，产物有两对非常明显的氧化还原峰，证明氧化还原反应的发生。图13(b)为实施例10中反应产物在三电极测试条件下的恒电流充放电图(GCD)，从图中可以看出，GCD曲线呈现出对称的等腰三角形，表明产物具有优异的氧化还原可逆性，并且该产物在1Ag-1电流密度下表现出613.8Fg-1的高质量比电容。
实施例11：
一种石墨烯改性材料的制备方法，包括：
步骤一：将5mg的2,5-二氨基-1,4-二羟基苯和50mg氧化石墨烯粉末加入100mL的反应釜中，然后加入5mL去离子水和20mL甲醇，在功率为100瓦的超声波清洗器中超声30min，再搅拌1h，使反应体系充分混合均匀。
步骤二：将反应釜放置于烘箱中，设定温度为30℃，反应时长为72h。反应结束后，对反应液进行抽滤，用足量的DMF、乙醇洗去任何可能存在的杂质，最后将滤饼放置于60℃的真空干燥箱中12h，即得到纯净的2,5-二氨基-1,4-二羟基苯分子功能化的石墨烯产物，呈黑色粉末状。
参见表2，从实施例11的元素分析结果可以看出，C、H、O、N元素的含量分别为80.3％、2.8％、15.3％、1.6％。图14(a)是实施例11中反应产物的电化学循环伏安图，测试条件是在三电极系统下，以1MH2SO4水溶液为电解质，铂片为对电极，Ag/AgCl电极为参比电极。从图中可以看出，产物有两对非常明显的氧化还原峰，证明氧化还原反应的发生。图14(b)为实施例11中反应产物在三电极测试条件下的恒电流充放电图(GCD)，从图中可以看出，GCD曲线呈现出对称的等腰三角形，表明产物具有优异的氧化还原可逆性，并且该产物在1Ag-1电流密度下表现出555.8Fg-1的高质量比电容。

Claims (10)

1.一种石墨烯改性材料，其特征在于，所述石墨烯改性材料包括氧杂苯胺分子石墨烯改性材料，所述氧杂苯胺分子石墨烯改性材料为氧杂苯胺分子通过共价键形式连接在石墨烯骨架上，所述氧杂苯胺分子包括苯胺单元上连接有2个和/或3个氧原子取代基。
2.根据权利要求1所述的石墨烯改性材料，其特征在于，所述苯胺单元上连接有2个氧原子取代基，所述2个氧原子取代基位于所述苯胺单元的苯环的1取代位、2取代位、3取代位、4取代位、5取代位的任意两者。
3.根据权利要求2所述的石墨烯改性材料，其特征在于，所述2个氧原子取代基为羟基或C1～C4烷烃基醚基，所述2个氧原子取代基相同或不同。
4.根据权利要求2所述的石墨烯改性材料，其特征在于，所述苯胺单元未被氧原子取代基取代的其他取代位的取代基选自于氢，C1～C4烷烃基，或氨基；所述未被氧原子取代基取代的其他取代位的取代基相同或不相同。
5.根据权利要求1所述的石墨烯改性材料，其特征在于，所述苯胺单元上连接有3个氧原子取代基，所述3个氧原子取代基位于所述苯胺单元的苯环的1取代位、2取代位、3取代位、4取代位、5取代位的任意三者，所述3个氧原子取代基为羟基或C1～C4烷烃基醚基，所述3个氧原子取代基相同或不同；
所述苯胺单元未被氧原子取代基取代的其他取代位的取代基选自于氢，C1～C4烷烃基，或氨基；所述未被氧原子取代基取代的其他取代位的取代基相同或不相同。
6.根据权利要求1所述的石墨烯改性材料，其特征在于，所述氧杂苯胺分子石墨烯改性材料的比电容为474.2F/g-613.8F/g。
7.一种石墨烯改性材料的制备方法，其特征在于，包括：
以氧杂苯胺分子和氧化石墨烯为前驱体，加入溶剂，超声及搅拌混合，并于反应釜中于30℃～200℃下反应，反应完成后，后处理，得到氧杂苯胺分子石墨烯改性材料；其中，所述氧杂苯胺分子包括苯胺单元上连接有2个和/或3个氧原子取代基。
8.根据权利要求7所述的石墨烯改性材料的制备方法，其特征在于，所述反应的时间为0.5h～72h。
9.根据权利要求7所述的石墨烯改性材料的制备方法，其特征在于，所述氧杂苯胺分子和氧化石墨烯的质量比为氧杂苯胺分子：氧化石墨烯＝0.1:1～10:1。
10.根据权利要求7所述的石墨烯改性材料的制备方法，其特征在于，所述溶剂为水、甲醇、乙醇、四氢呋喃、N-甲基吡咯烷酮、N，N-二甲基甲酰胺和二甲基亚砜中的任一种或几种的组合。
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