CN112002559B - 石墨/金/聚苯胺赝电容电极材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种石墨/金/聚苯胺赝电容电极材料及其制备方法和应用，该方法包含：在0.7～1.1v的偏压下实施电极沉积，以镀有金膜的石墨基底作为阴极，将阳极和阴极在电镀液中，于室温下进行金纳米线沉积，以获得金纳米线/石墨基底；以含苯胺和H2SO4的溶液作为电解质，利用三电极***，采用循环伏安法在金纳米线表面聚合生成聚苯胺，三电极***三个电极包括：以金纳米线/石墨基底为工作电极，以及对电极和参比电极，以获得石墨/金/聚苯胺赝电容电极材料。本发明的石墨/金/聚苯胺赝电容电极材料缓解了聚苯胺氧化和还原过程中不断膨胀和收缩引起过度氧化问题，制成的电容具有较高电容及比电容值。
Description
技术领域
本发明涉及一种赝电容电极材料，具体涉及一种石墨/金/聚苯胺赝电容电极材料及其制备方法和应用。
背景技术
由于石化燃料的日益减少和全球变暖所带来的能源短缺和环境问题，人们对清洁、无毒的能源开发的要求越来越高。近几十年来，太阳能和风能等绿色能源因其可再生性和低污染而备受关注。然而，它们大多高度依赖于季节和天气条件。因此，开发电容器、可充电电池、燃料电池等能量转换和储能装置，是提高效率、降低成本的需要。其中，超级电容器(ESs)受到广泛关注，因为它们不仅比传统电容器具有更高的电容量和更小的尺寸，而且比充电电池具有更高的功率密度和更好的可逆性。
根据电荷储存机制的不同，超级电容器可分为两类：双电层电容(EDLCs)和赝电容(pseudo capacitors)。对双电层电容而言，电荷是在电极和电解液界面间的离子的可逆吸附和解吸过程中通过电荷分离来存储的。为了使电容最大化，首先考虑活性表面积高、导电性好的材料，如碳材料。然而，由于不可逆聚集和电荷容量不足，碳质材料基电极仍表现不出理想的性能。对赝电容器而言，电容与快速可逆氧化还原、层间法拉第电荷转移或电极/电解质界面上发生的电吸附有关。对于赝电容器而言，导电性好、电容量高、充放电快是是选择电极材料的重要标准，目前已报到导电聚合物和过渡金属氧化物被用作赝电容的电极材料。
由于在赝电容固体电极表面和电极表面附近都发生了电化学反应，赝电容具有比双电层电容更高的比电容，然而，由于在含水电解质中存在材料的降解，赝电容的循环寿命通常比双层电容短。为了解决这些缺点，开发了诸如含碳金属氧化物和导电聚合物等复合材料，以发挥每种材料的优势，聚苯胺(PANI)因比电容高达1000f/g而被广泛用作赝电容的活性材料。
发明内容
本发明的目的是提供一种石墨/金/聚苯胺赝电容电极材料及其制备方法和应用，解决了现有赝电容采用PANI过度氧化的问题，能够缓解PANI氧化和还原过程中不断膨胀和收缩引起过度氧化问题，制备的赝电容器具有较高电容及比电容值。
为了达到上述目的，本发明提供了一种石墨/金/聚苯胺赝电容电极材料的制备方法，该方法包含：在0.7～1.1v的偏压下实施电极沉积，以镀有金膜的石墨基底作为阴极，将阳极和阴极在电镀液中，于室温下进行金纳米线沉积，沉积时间为1～2h，以获得金纳米线/石墨基底；其中，所述电镀液包含以下浓度的组分：5～11mmol/L HAuCl4、10～20mmol/LCTAC和20～38mmol/LNaNO3；以含0.1～0.2mol/L苯胺和1～2mol/L H2SO4的溶液作为电解质，利用三电极***，采用循环伏安法在金纳米线表面聚合生成聚苯胺，三电极***三个电极包括：以所述金纳米线/石墨基底为工作电极，以及对电极和参比电极，工作电极的工作电压范围为-0.4～1.0v，聚合扫描圈数为3～10，聚合扫描速率为25～200mV/s，以获得石墨/金/聚苯胺赝电容电极材料。
优选地，所述石墨基底的金膜镀层的厚度为5nm。
优选地，所述三电极***中，对电极包括：Pt电极，参比电极包括：Ag/AgCl电极。
优选地，所述金纳米线/石墨基底制备中，所述阳极包括：碳基底。
优选地，所述电镀液的制备，将HAuCl4、CTAC和NaNO3依次溶解在去离子水中，超声处理，获得电镀液；
优选地，所述金纳米线/石墨基底制备中，待金纳米线沉积结束后，室温下在氮气气流中进行干燥。
优选地，所述循环伏安法在金纳米线表面聚合生成聚苯胺过程中，待反应完成后除去溶液残留，在室温下在氮气气流中干燥电极。
本发明的另一目的是提供一种石墨/金/聚苯胺赝电容电极材料，该赝电容电极材料以镀有金膜的石墨作为基底，在石墨基底表面沉积有金纳米线，在该金纳米线表面聚合有聚苯胺。
优选地，所述赝电容电极材料通过所述的制备方法获得。
本发明的另一目的是提供所述的石墨/金/聚苯胺赝电容电极材料在赝电容器中的应用。
本发明的石墨/金/聚苯胺赝电容电极材料及其制备方法和应用，解决了现有赝电容采用PANI过度氧化的问题，具有以下优点：
本发明的石墨/金/聚苯胺赝电容电极材料，采用电极化学沉积和电化学聚合的方法，通过在石墨基底上直接合成了金纳米线/PANI核壳结构材料，制备了赝电容的正极材料，由于金纳米线比表面积大且导电性好，制备的复合材料电极中可容纳更多的聚苯胺且复合材料内阻也小，因金纳米线与表层的聚苯胺间有间隙，缓解了氧化和还原过程中不断膨胀和收缩引起过度氧化问题，制成的电容具有较高电容及比电容值。
附图说明
图1为本发明电化学聚合法制备聚苯胺涂层的三电极***示意图。
图2为本发明对比例中制备的金纳米线基底的SEM形貌图。
图3为本发明实施例1制备的G/AuNWs/PANI材料的SEM形貌图。
图4为本发明实施例1制备的G/AuNWs/PANI材料的TEM形貌和EDS成分图。
图5为本发明实施例2中制备的G/AuNWs/PANI材料的SEM形貌图。
图6为本发明实施例6中制备的G/AuNWs/PANI材料的SEM形貌图。
图7为本发明实施例1-4与对比例的电容图。
图8为本发明实施例1-4与对比例的比电容图。
图9为本发明实施例5-9与对比例的电容图。
图10为本发明实施例5-9与对比例的比电容图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
实施例1
一种石墨/金/聚苯胺赝电容电极材料的制备方法，包含：
(1)电镀液的制备：将HAuCl4·3H2O、CTAC(十六烷基三甲基氯化铵)和NaNO3三种物质按先后顺序溶解在去离子水中，制备成电镀液并对其进行超声处理1min，电镀液中HAuCl4、CTAC和NaNO3的浓度分别为5mmol/L、15mmol/L和20mmol/L；
(2)使用双电极电化学***沉积金纳米线：在0.7v的偏压下实施电极沉积，以镀有5nm金膜的石墨基底作为阴极，金膜起到导电层作用，以碳基底为阳极，在步骤(1)制备的电镀液中，于水浴温度25℃下，金纳米线沉积1h，待阴极上沉积金纳米线后，先后用乙醇和去离子水各冲洗3次，然后室温下在氮气气流中进行干燥，得到金纳米线/石墨基底；
(3)采用电化学聚合法制备聚苯胺涂层：以含0.1mol/L苯胺和1mol/L H2SO4的溶液作为电解质，利用三电极***，采用循环伏安法在金纳米线表面聚合生成聚苯胺，以有效反应面积为0.5cm×0.5cm的金纳米线复合基底(即金纳米线/石墨基底)为工作电极，Pt丝为对电极，Ag/AgCl为参比电极，工作电极的工作电压范围为-0.4～1.0v，聚合扫描圈数为3，聚合扫描速率为25mV/s，待反应完成后用去离子水冲洗电极，以除去溶液残留，最后室温下在氮气气流中干燥电极，得到石墨/金/聚苯胺赝电容电极材料，即G/AuNWs/PANI。
实施例2
一种石墨/金/聚苯胺赝电容电极材料的制备方法，与实施例1的过程基本相同，区别在于：
步骤(1)中，制备成电镀液并对其进行超声处理2min，电镀液中HAuCl4、CTAC和NaNO3的浓度分别为8mmol/L、10mmol/L和30mmol/L；
步骤(2)中，在0.9v的偏压下实施电极沉积，金纳米线沉积时间为2h，先后用乙醇和去离子水各冲洗4次；
步骤(3)中，采用电化学聚合法制备聚苯胺涂层时，以含0.15mol/L苯胺和1.5mol/L H2SO4的溶液作为电解质，工作电极的工作电压范围为-0.4～1.0v，聚合扫描圈数为5，聚合扫描速率为25mV/s。
实施例3
一种石墨/金/聚苯胺赝电容电极材料的制备方法，与实施例1的过程基本相同，区别在于：
步骤(1)中，制备成电镀液并对其进行超声处理3min，电镀液中HAuCl4、CTAC和NaNO3的浓度分别为11mmol/L、20mmol/L和38mmol/L；
步骤(2)中，在1.1v的偏压下实施电极沉积，金纳米线沉积时间为2h，先后用乙醇和去离子水各冲洗5次；
步骤(3)中，采用电化学聚合法制备聚苯胺涂层时，以含0.2mol/L苯胺和2mol/LH2SO4的溶液作为电解质，工作电极的工作电压范围为-0.4～1.0v，聚合扫描圈数为8，聚合扫描速率为25mV/s。
实施例4
一种石墨/金/聚苯胺赝电容电极材料的制备方法，与实施例1的过程基本相同，区别在于：
步骤(3)中，采用电化学聚合法制备聚苯胺涂层时，以含0.1mol/L苯胺和1mol/LH2SO4的溶液作为电解质，工作电极的工作电压范围为-0.4～1.0v，聚合扫描圈数为10，聚合扫描速率为25mV/s。
实施例5
一种石墨/金/聚苯胺赝电容电极材料的制备方法，与实施例1的过程基本相同，区别在于：
步骤(1)中，制备成电镀液并对其进行超声处理2min，电镀液中HAuCl4、CTAC和NaNO3的浓度分别为8mmol/L、10mmol/L和30mmol/L；
步骤(2)中，在0.9v的偏压下实施电极沉积，金纳米线沉积时间为2h，先后用乙醇和去离子水各冲洗4次；
步骤(3)中，采用电化学聚合法制备聚苯胺涂层时，以含0.15mol/L苯胺和1.5mol/L H2SO4的溶液作为电解质。工作电极的工作电压范围为-0.4～1.0v，聚合扫描圈数为8，聚合扫描速率为25mV/s。
实施例6
一种石墨/金/聚苯胺赝电容电极材料的制备方法，与实施例1的过程基本相同，区别在于：
步骤(1)中，制备成电镀液并对其进行超声处理3min，电镀液中HAuCl4、CTAC和NaNO3的浓度分别为11mmol/L、20mmol/L和38mmol/L；
步骤(2)中，在1.1v的偏压下实施电极沉积，金纳米线沉积时间为2h，先后用乙醇和去离子水各冲洗5次；
步骤(3)中，采用电化学聚合法制备聚苯胺涂层时，以含0.2mol/L苯胺和2mol/LH2SO4的溶液作为电解质，工作电极的工作电压范围为-0.4～1.0v，聚合扫描圈数为8，聚合扫描速率为50mV/s。
实施例7
一种石墨/金/聚苯胺赝电容电极材料的制备方法，与实施例1的过程基本相同，区别在于：
步骤(3)中，采用电化学聚合法制备聚苯胺涂层时，以含0.1mol/L苯胺和1mol/LH2SO4的溶液作为电解质，工作电极的工作电压范围为-0.4～1.0v，聚合扫描圈数为8，聚合扫描速率为75mV/s。
实施例8
一种石墨/金/聚苯胺赝电容电极材料的制备方法，与实施例1的过程基本相同，区别在于：
步骤(1)中，制备成电镀液并对其进行超声处理2分钟，电镀液中HAuCl4、CTAC和NaNO3的浓度分别为8mmol/L、10mmol/L和30mmol/L；
步骤(2)中，在0.9v的偏压下实施电极沉积，金纳米线沉积时间为2h，先后用乙醇和去离子水各冲洗4次；
步骤(3)中，采用电化学聚合法制备聚苯胺涂层时，以含0.15mol/L苯胺和1.5mol/L H2SO4的溶液作为电解质，工作电极的工作电压范围为-0.4～1.0v，聚合扫描圈数为8，聚合扫描速率为100mV/s。
实施例9
一种石墨/金/聚苯胺赝电容电极材料的制备方法，与实施例1的过程基本相同，区别在于：
步骤(1)中，制备成电镀液并对其进行超声处理3min，电镀液中HAuCl4、CTAC和NaNO3的浓度分别为11mmol/L、20mmol/L和38mmol/L；
步骤(2)中，在1.1v的偏压下实施电极沉积，金纳米线沉积时间为2h，先后用乙醇和去离子水各冲洗5次；
步骤(3)中，采用电化学聚合法制备聚苯胺涂层时，以含0.2mol/L苯胺和2mol/LH2SO4的溶液作为电解质，工作电极的工作电压范围为-0.4～1.0v，聚合扫描圈数为8，聚合扫描速率为200mV/s。
对比例
一种石墨/金复合材料及制备方法，包含：
(1)将HAuCl4·3H2O、CTAC和NaNO3三种物质按先后顺序溶解在去离子水中，制备成电镀液并对其进行超声处理1min，电镀液中HAuCl4、CTAC和NaNO3的浓度分别为5mmol/L、15mmol/L和20mmol/L；
(2)使用双电极电化学***沉积金纳米线：在0.7v的偏压下实施电极沉积，以镀有5nm金膜的石墨基底作为阴极，金膜起到导电层作用，以碳基底为阳极，化学反应中水浴温度为25℃，金纳米线沉积时间为1h，待在阴极上沉积金纳米线后，先后用乙醇和去离子水各冲洗3次，然后室温下在氮气气流中进行干燥，制备成金纳米线/石墨基底。
表1 本发明实施例1-9和对比例的条件对比
如图2所示，为本发明对比例中制备的金纳米线基底的SEM形貌图，可观察到丝状金纳米线，平均直径为80～130nm。
如图3所示，为本发明实施例1制备的G/AuNWs/PANI材料的SEM形貌图，在金纳米线表面可以观察到粗糙的表层，表明PANI在金纳米线表面发生了聚合反应，仍丝状结构，直径为220～230nm。如图5所示，为本发明实施例2中制备的G/AuNWs/PANI材料的SEM形貌图，与实施例1相比，实施例2的聚苯胺厚度有所增大。如图6所示，为本发明实施例6中制备的G/AuNWs/PANI材料的SEM形貌图，与实施例2相比，聚苯胺厚度有所减小。聚合扫描圈数增多有利于增大聚苯胺厚度，聚合扫描速率增大有利于减小聚苯胺厚度，控制聚合扫描圈数在适宜范围内，从而使获得的聚苯胺层的厚度能够确保G/AuNWs/PANI材料的性能。
如图4所示，为本发明实施例1制备的G/AuNWs/PANI材料的TEM形貌和EDS成分图，EDS图像证实G/AuNWs/PANI中含有Au、C、N和O原子，其中C和N信号来自于PANI层，O信号来自于SO4 -2掺杂离子，可见在金纳米线表面合成了厚度为50～60nm的PANI，形成了核壳结构。
对本发明实施例1-9和对比例的电极材料的电容进行检测，具体如下：
利用化学工作站进行循环伏安(CV)测试，以Pt为对电极、Ag/AgCl为参比电极、本发明实施例1-9和对比例中任意一个的电极材料为研究电极构成三电极体系，电解液为含K3Fe(CN)6和KCl分别为5mmol/L和1mol/L的溶液，测试电压范围为-0.2V至0.8V，扫描速率范围为2mV/s至100mV/s。
如图7所示，为本发明实施例1-4与对比例的电容图，如图8所示，为本发明实施例1-4与对比例的比电容图，如图9所示，为本发明实施例5-9与对比例的电容图，如图10所示，为本发明实施例5-9与对比例的比电容图，由图可知，所有实施例的电容值及比电容值均超过对比例，其中实施例5中制备的电极材料电容值最大，达到了0.155F，实施例9中制备的电极材料比电容值最大，达到了1040F/g。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (10)
1.一种石墨/金/聚苯胺赝电容电极材料的制备方法，其特征在于，该方法包含：
在0.7～1.1v的偏压下实施电极沉积，以镀有金膜的石墨基底作为阴极，将阳极和阴极在电镀液中，于室温下进行金纳米线沉积，沉积时间为1～2h，以获得金纳米线/石墨基底；其中，所述电镀液包含以下浓度的组分：5～11mmol/LHAuCl4、10～20mmol/L CTAC和20～38mmol/LNaNO3；
以含0.1～0.2mol/L苯胺和1～2mol/L H2SO4的溶液作为电解质，利用三电极***，采用循环伏安法在金纳米线表面聚合生成聚苯胺，三电极***三个电极包括：以所述金纳米线/石墨基底为工作电极，以及对电极和参比电极，工作电极的工作电压范围为-0.4～1.0v，聚合扫描圈数为3～10，聚合扫描速率为25～200mV/s，以获得石墨/金/聚苯胺赝电容电极材料。
2.根据权利要求1所述的石墨/金/聚苯胺赝电容电极材料的制备方法，其特征在于，所述石墨基底的金膜镀层的厚度为5nm。
3.根据权利要求1所述的石墨/金/聚苯胺赝电容电极材料的制备方法，其特征在于，所述三电极***中，对电极包括：Pt电极，参比电极包括：Ag/AgCl电极。
4.根据权利要求1所述的石墨/金/聚苯胺赝电容电极材料的制备方法，其特征在于，所述金纳米线/石墨基底制备中，所述阳极包括：碳基底。
5.根据权利要求1所述的石墨/金/聚苯胺赝电容电极材料的制备方法，其特征在于，所述电镀液的制备，将HAuCl4、CTAC和NaNO3依次溶解在去离子水中，超声处理，获得电镀液。
6.根据权利要求1所述的石墨/金/聚苯胺赝电容电极材料的制备方法，其特征在于，所述金纳米线/石墨基底制备中，待金纳米线沉积结束后，室温下在氮气气流中进行干燥。
7.根据权利要求1所述的石墨/金/聚苯胺赝电容电极材料的制备方法，其特征在于，所述循环伏安法在金纳米线表面聚合生成聚苯胺过程中，待反应完成后除去溶液残留，在室温下在氮气气流中干燥电极。
8.一种石墨/金/聚苯胺赝电容电极材料，其特征在于，该赝电容电极材料以镀有金膜的石墨作为基底，在石墨基底表面沉积有金纳米线，在该金纳米线表面聚合有聚苯胺。
9.根据权利要求8所述的石墨/金/聚苯胺赝电容电极材料，其特征在于，所述赝电容电极材料通过如权利要求1-7中任意一项所述的制备方法获得。
10.如权利要求8或9所述的石墨/金/聚苯胺赝电容电极材料在赝电容器中的应用。
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102936739A (zh) * | 2012-11-29 | 2013-02-20 | 湖南大学 | 可控电沉积金纳米线网络的制备方法 |
| CN108538599A (zh) * | 2018-04-09 | 2018-09-14 | 南京工业大学 | 新型储能皮革及基于该皮革的储能器件 |
| CN108766778A (zh) * | 2018-06-12 | 2018-11-06 | 南京邮电大学 | 一种三明治结构柔性全固态透明超级电容器及其制备方法 |
| CN209104268U (zh) * | 2017-11-08 | 2019-07-12 | 株式会社Lg化学 | 具有三维结构的电极和包含其的电化学装置 |
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Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7335259B2 (en) * | 2003-07-08 | 2008-02-26 | Brian A. Korgel | Growth of single crystal nanowires |
| CN103303861B (zh) * | 2013-05-14 | 2017-04-12 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 三维有序贵金属纳米管阵列电极及其制备方法 |
| US9570736B2 (en) * | 2013-10-16 | 2017-02-14 | William Marsh Rice University | Electrodes with three dimensional current collectors and methods of making the same |
| US10818917B2 (en) * | 2017-03-23 | 2020-10-27 | The Regents Of The University Of California | Systems and methods for electrodepositing manganese oxide with improved rate capabilities for electrical energy storage |
| CN107192750A (zh) * | 2017-04-28 | 2017-09-22 | 西北师范大学 | 一种多孔石墨烯‑金纳米棒修饰电极及其制备方法和应用 |
| US11087931B2 (en) * | 2018-06-08 | 2021-08-10 | City University Of Hong Kong | Energy storing electrical device and a method of constructing an electrical device |
-
2020
- 2020-08-28 CN CN202010886732.0A patent/CN112002559B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102936739A (zh) * | 2012-11-29 | 2013-02-20 | 湖南大学 | 可控电沉积金纳米线网络的制备方法 |
| CN209104268U (zh) * | 2017-11-08 | 2019-07-12 | 株式会社Lg化学 | 具有三维结构的电极和包含其的电化学装置 |
| CN108538599A (zh) * | 2018-04-09 | 2018-09-14 | 南京工业大学 | 新型储能皮革及基于该皮革的储能器件 |
| CN108766778A (zh) * | 2018-06-12 | 2018-11-06 | 南京邮电大学 | 一种三明治结构柔性全固态透明超级电容器及其制备方法 |
| CN111557056A (zh) * | 2018-10-18 | 2020-08-18 | 株式会社Lg化学 | 三维结构电极和包括其的电化学装置 |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| A Wearable Second Skin-Like Multifunctional Supercapacitor with Vertical Gold Nanowires and Electrochromic Polyaniline;An, Tiance等;《ADVANCED MATERIALS TECHNOLOGIES》;20181204;第4卷(第3期);文献号: 1800473论文摘要及正文部分 * |
| Cross, C. E.等.Physical Vapor Deposition of One-Dimensional Nanoparticle Arrays on Graphite: Seeding the Electrodeposition of Gold Nanowires.《LANGMUIR》.2007,第23卷(第20期),第10372-10379页. * |
| The Potentiostatic Electrodeposition of Gold Nanowire/Nanotube in HAuCl4 Solutions Based on the Model of Recessed Cylindrical Ultramicroelectrode Array;Hariri, M. Bagheri等;《JOURNAL OF THE ELECTROCHEMICAL SOCIETY》;20130420;第160卷(第6期);第D279-D288页 * |
| 导电聚合物膜上金、钯纳米结构的电化学沉积;李茵;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》;20070815(第2007/02期);文献号: B020-49 * |
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