背景技术：
超级电容器是指介于传统电容器和充电电池之间的一种新型储能装置，它既具有电容器快速充放电的特性，同时又具有电池的储能特性。超级电容器具有充放电效率高、功率密度大、循环寿命长、环境友好等特点，已成为国内外清洁能源领域的研究热点之一。
氧化铁(fe2o3)具有较大的电容量、无毒、成本低廉等优点，被认为是一种很有前途的电极材料，利用其氧化还原性，被广泛用作赝电容器的负极材料。但是，氧化铁电极仍有许多缺陷，如导电性较差、循环性能差。多巴胺具有一定的还原性，在碱性条件下可以发生自聚合，同时在聚合过程中能石墨烯。聚多巴胺结构中含有大量的氨基和酚羟基等活性基团，能螯合金属离子使其锚定在石墨烯片上，同时三种复合材料间的相互作用能减少材料的聚集，从而制备尺寸较小的氧化铁-聚多巴胺-石墨烯复合纳米材料。
技术实现要素：
本发明提供了一种氧化铁-聚多巴胺-石墨烯复合材料、其制备方法及应用，解决了上述问题，本发明是通过如下技术方案来实现的。
本发明目的之一是提供一种氧化铁-聚多巴胺-石墨烯复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：
s1：将氧化石墨烯分散到去离子水中，超声处理，调节ph值至8.5，得氧化石墨烯悬浮液；将氧化石墨烯悬浮液加热至60℃，加入盐酸多巴胺，反应12～24h，冷却至室温，得聚多巴胺-石墨烯悬浮液；
所述盐酸多巴胺：氧化石墨烯质量比为1:1；所述聚多巴胺-石墨烯悬浮液中石墨烯浓度为0.5～5mg/l；
s2：在s1制得的聚多巴胺-石墨烯悬浮液中加入铁盐，搅拌至溶解，加入沉淀剂，搅拌至溶解，得混合液；混合液进行水热反应，水热温度120～220℃，水热时间6～24h，反应结束后，离心、洗涤干燥，450℃焙烧，得氧化铁-聚多巴胺-石墨烯复合材料；
所述铁盐：石墨烯质量比为5:1～40:1；所述沉淀剂：铁盐摩尔比为5：1～30：1。
优选地，所述步骤s1中氧化石墨烯是采用改进的hummers方法制得的。
优选地，所述步骤s1中调节ph值至8.5采用的是50mmoll-1的tris-hcl缓冲溶液或氨水。
优选地，所述步骤s2中铁盐选自氯化铁、硫酸铁、硝酸铁、硫酸铁铵中的任意一种。
优选地，所述步骤s2中沉淀剂选自尿素、六次甲基四胺、氨水、乙酸钠中的任意一种。
本发明目的之二是提供由上述任一制备方法制得的氧化铁-聚多巴胺-石墨烯复合材料。
本发明目的之三是提供一种氧化铁-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。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果:
(1)本发明提供了一种氧化铁-聚多巴胺-石墨烯复合电极材料的制备方法和应用，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，多巴胺具有一定的还原性，在聚合过程中能同时还原石墨烯，聚多巴胺结构中含有大量的氨基和酚羟基等活性基团，能螯合金属离子使其锚定在石墨烯片上，同时三种复合材料间的相互作用能减少材料的聚集，从而制备尺寸较小的氧化铁-聚多巴胺-石墨烯复合纳米材料，具有制备方法简单、形貌均匀、分散良好、成本低廉等优点；
(2)本发明提供的氧化铁-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1ag-1条件下，比电容达到818fg-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
图1为本发明实施例2制备的氧化铁-聚多巴胺-石墨烯复合材料的sem图；
图2为本发明实施例2制备的氧化铁-聚多巴胺-石墨烯复合材料的等温吸脱附曲线图；
图3为本发明实施例2制备的氧化铁-聚多巴胺-石墨烯复合材料的xrd图；
图4为本发明实施例2中制备的氧化铁-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和附图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。
下述各实施例中所述实验方法和检测方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可在市场上购买得到。
实施例1
本实施例一种氧化铁-聚多巴胺-石墨烯复合材料，具体是通过如下步骤制备得到的：
采用改进的hummers方法制备氧化石墨烯，将10g的氧化石墨烯分散到去离子水中，在超声波清洗器中超声处理1h后移入三口烧瓶中，得到氧化石墨烯悬浮液，并用缓冲溶液或碱调节ph值至8.5；将所述氧化石墨烯悬浮液加热至60℃，向烧瓶中加入盐酸多巴胺，盐酸多巴胺与氧化石墨烯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，加水稀释，制备浓度为2mgml-1的聚多巴胺-石墨烯悬浮液；
准确量取20ml稀释后的2mgml-1聚多巴胺-石墨烯悬浮液，放入磁子室温下搅拌10min，并加入400mg的fe(no3)39h2o，搅拌30min待fe(no3)39h2o全部溶解后，加入600mg尿素作为沉淀剂，搅拌20min尿素溶解后得到的混合物转入50ml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，450℃焙烧2h，即得氧化铁-聚多巴胺-石墨烯复合材料。
实施例2
本实施例一种氧化铁-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fe(no3)39h2o与石墨烯的质量比为20：1。
实施例3
本实施例一种氧化铁-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fe(no3)39h2o与石墨烯的质量比为30:1。
实施例4
本实施例一种氧化铁-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fe(no3)39h2o与石墨烯的质量比为40:1。
以实施例2制备的氧化铁-聚多巴胺-石墨烯复合材料为例，对其进行性能检测，如图1-3所示：
图1为实施例2制备的氧化铁-聚多巴胺-石墨烯复合材料的sem图，由图1可以看出，fe2o3纳米颗粒呈小球状，平均尺寸约40nm，均匀分布在pda-rgo表面；图2为实施例2制备的氧化铁-聚多巴胺-石墨烯复合材料的等温吸脱附曲线，由图2可以看出，吸脱附曲线为典型的iv型曲线，表明复合材料具有介孔结构，部分石墨烯碎片在合成过程中可作为模板剂存在，使制备的复合材料形成了介孔结构；图3为实施例2制备的氧化铁-聚多巴胺-石墨烯复合材料的xrd图，由图3可以看出，样品在2θ＝24.0°,33.3°,35.7°,41°,43.4°,49.6°,54.2°,57.2°,62.6°和64.1°均有较强的衍射峰，这些峰对应于α-fe2o3的(012),(104),(110),(113),(202),(024),(116),(018),(214)和(300)晶面，表明复合材料中的氧化铁为α-fe2o3。
同样对实施例1和实施例3-4也进行了测试，实施例1和实施例3-4制备的材料也具有和实施例2相似的表面微结构特征，由于实施例1～4所制备的氧化铁-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。
下面我们以实施例1～4所制备的氧化铁-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氧化铁-聚多巴胺-石墨烯复合材料与乙炔黑和ptfe按80：10：10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6mkoh溶液，电压窗口为-1.05～-0.05v，扫描速率5mvs-1～80mvs-1。实施例1～实施例4的氧化铁-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提供的复合材料的比电容结果
由表1可以看出，实施例1～实施例4制备的氧化铁-聚多巴胺-石墨烯复合材料在6mkoh电解液中均具有优异的电容性能。
此外，针对实施例2提供的氧化铁-聚多巴胺-石墨烯复合材料，我们还进一步测定了其在不同扫描速率下的循环伏安曲线图，图4为实施例2提供的氧化铁-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5mvs-1，10mvs-1，20mvs-1，30mvs-1，50mvs-1，80mvs-1)。由图4可以看出，氧化铁-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，表明样品具有赝电容性质。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也意图包含这些改动和变型在内。
、用高岭土制备聚合氯化铝研究以高岭土为原料制备聚合氯化铝的工艺进行了研究；对传统的制备工艺进行了改进，增加了预处理步骤；通过正交试验来研究预处理比例、焙烧温度、焙烧时间、酸溶时间、酸溶比例和酸溶温度这六个主要工艺参数对PAC产品性能的影响；通过混凝试验对制得的PAC样品的絮凝性能进行比较，进而确定最佳工艺参数，所得到的结论如下：用高岭土制备聚合氯化铝的工艺流程为：预处理-焙烧活化-酸溶-过滤-浓缩-加水聚合-调整反应液pH。增加的预处理环节，显著提高了Al2O3的浸出率，试验结果表明，在其他工艺参数都相同的情况下，Al2O3的浸出率提高了16.59％。根据混凝试验的结果，得到的用高岭土制备PAC的最佳工艺参数为：预处理比例为2.6g的ml ..............共30页
2、聚合氯化铝的膜法制备与其应用
基于中空纤维膜表面具有大量的微米级的微孔这一特点，采用中空纤维膜反应器作为碱液分布器制备PAC，实现了碱液微量连续可控地加入到AlCl3溶液中，从而显著提高了产品中的Alb含量，并且实验成本低，无污染。采用双循环回路，碱液在膜的管程流动，AlCl3溶液在膜的壳程流动，以内压法使碱液加入到AlCl3溶液中，与AlCl3反应制备PAC，并采用Al-Ferron逐时络合比色法对最终PAC产品的Alb含量进行检测。考察了碱化度B、原料液流动路径、AlCl3溶液流速和浓度、NaOH溶液浓度、碱原料液碱性、膜反应器截留分子量和有效长度等对PAC产品中铝水解聚合形态的影响，观测了产品的微观形态，优化了反应条件，并用膜法制备的PAC产品进行了处理染料模拟废水的应用研究。 ..............共56页
3、一种新型絮凝剂的合成与初步应用研究
利用焙烧酸溶工艺制备出一种新型高效的无机高分子絮凝剂——聚合氯化铝钙。主要研究制备工艺过程中焙烧温度、反应物配比、酸溶时间、酸用量四种因素对产品的影响，应用实验对生产工艺进行优化。同时对产品进行了分子式确定与性能研究。以Al2O3和CaCO3为原料用焙烧酸溶制备工艺合成新型高效的絮凝剂——聚合氯化铝钙，研究结果表明，提高焙烧温度，原料配比为(Al2O3)60％，酸溶时间为3h，酸用量为(20克原料)70mL时有利于新型絮凝剂制备合成反应。对合成的聚合氯化铝钙进行X-射线衍射分析，确定其分子通式为：[Ca8Al11(OH)nCl49-n ..............共66页
4、高纯聚合氯化铝的研制与表征
在分析总结国内外聚合氯化铝絮凝剂研究发展的基础上,从多方面多角度研究探讨了高纯PAC(高浓度、高Al13含量聚合氯化铝)的化学制备方法,研制出高纯PAC并对其形态分布特征、絮凝效能与其作用机理进行了深入地研究探讨,为纳米聚合铝化工生产与其应用提供了前期的技术准备,同时为拓展和补充聚合氯化铝应用基础理论研究提供科学基 ..............共122页
5、新工艺制备高效聚合氯化铝絮凝剂的研究
以现代化学形态与混凝理论为指导,从基础应用研究的角度,对利用焙烧工艺制备高效聚合氯化铝絮凝剂进行了较为系统的探索. 该文根据现代絮凝剂的发展趋势,结合该项目利用焙烧工艺制备高纯铝酸钙,进而制备高效聚合氯化铝絮凝剂的特点,制订了研究方案,对焙烧工艺、酸溶工艺进行了细致的研究,确定了最佳的试验条件参数.在此基础上对聚合氯化铝的水解形态进行了分析,掌握了水解形态与工艺条件参数的关系.并最终将该聚合铝应用于水处理过程中, ..............共58页
6、聚合氯化铝的焙烧法制备与性能
液相法制备PAC已有成熟的生产工艺,但工艺较复杂,能耗高,杂质含量偏高,尤其是产品浓缩过程中的腐蚀问题很难解决焙烧法已有少量工业化生产的实例,但对于其基础研究报道很少,特别是对于热分解法直接制备固态PAC的影响因素、稳定性、形态转化规律、凝聚絮凝特征及其絮凝机理研究甚少,影响了其生产工艺向低能耗、少污染、高质量方向的发展。因而,研制新工艺生产高效无机高分子絮凝剂PAC,使产品质量提高从而增强混凝能力有着重要的意义。确定了焙烧法制备PAC的最佳合成工艺条件,对焙烧法所得产品的形态结构及其形态转化规律、稳定性、混凝效果及.....................共48页
7、高岭土制备聚合氯化铝的研究
某地高岭土含铁多、自然白度低,不适于制造高档陶瓷。但其原矿中Al_2O_3含量高达38.06%,可作为制备聚合氯化铝的廉价原料。本文对此高岭土制备聚合氯化铝的工艺和应用进行了研究。制备包括活化、溶出以及聚合三个过程。应用包括PAC处理模拟废水和实际废水的研究。在实验室研究的基础上开展了扩大试验以及产品的工业试用。取得主要结果如下: 活化过程:采用了化学分析法、SEM和TG-DSC分别分析了高岭土原矿的化学成分、物相、形貌以及热行为,同时采用XRD研究了不同焙烧温度下高岭土物相的变化。结果表明:在700-.....................共65页
8、聚合氯化铝铁的焙烧法制备与其性能
以结晶氯化铝和结晶氯化铁为原料,通过正交试验的方法对焙烧法制备聚合氯化铝铁进行了初步的研究。实验中通过对所得产品的质量、形态分布、稳定性以及絮凝效果着重进行了研究,得出如下结论: 1、采用焙烧法,以结晶氯化铝和结晶氯化铁为原料制备聚合氯化铝铁,以浊度去除率为检测指标,通过正交试验分析得出最佳条件为:原料配比(nAl/nFe)为5:5,焙烧温度260℃,焙烧时间25 min,熟化时间4h,絮凝剂用量(以Al2O3+Fe2O3.....................共60页
9、利用赤泥制备聚合氯化铝铁研究
在常压下用盐酸直接酸浸赤泥,改变酸浸条件,调节pH值,制备出了聚合度不同的聚合氯化铝铁产品。考察了盐酸的浓度、盐酸中氯化氢与氧化铁和氧化铝的摩尔比、酸浸时间、酸浸温度对赤泥中氧化铝、氧化铁浸出率的影响,以及pH对产品盐基度的影响。通过扫描电镜、X射线、红外对产品进行检测分析。并分别以高岭土废水和染料废水为处理对象对产品的净水性能进行研究,考察絮凝剂的用量、盐基度、废水pH值、废水浓度、温度等对混凝效果的影响。研究得出,浸出最佳工艺条件为:盐酸浓度为6mol/L,盐酸中氯化氢与氧化铁和.....................共55页
10、粉煤灰制备聚氯化铝PAC的研究
聚氯化铝(PAC)作为一种无机高分子混凝剂已广泛应用于水质净化和污水处理。我国粉煤灰资源非常丰富,但利用率低。由于粉煤灰中含有一定比例的Al元素,因此是制备聚氯化铝的廉价原料。对热电厂粉煤灰试样的矿物组成分析,该粉煤灰中出现了石英、莫来石、赤铁矿的特征峰,反映出该粉煤灰中Al_2O_3、SiO_2、Fe_2O_3的含量较高。而多元素化学分析测定出该粉煤灰中含有58.64%的SiO_2、21.32%的Al_2O_3和7.20%的Fe_2O_3,矿物组成分析与多元素化学分析结果相吻合。在焙烧温度800℃和焙烧时间90min条件下,SEM图片分析可知:未经活化的.....................共59页
11、钢厂废物高炉瓦斯灰综合利用
根据高炉瓦斯灰的特点,以其为主要原料研制具有优良絮凝性能的无机高分子絮凝剂——聚合氯化铝铁(PAFC),其研究结果不仅对钢厂废物高炉瓦斯灰的综合利用具有一定的指导意义,为高炉瓦斯灰的综合利用探索了一条新途径,而且达到了以废治废的目的,取得良好的经济效益、社会效益和环境效益。针对高炉瓦斯灰中铁、铝的含量不同,通过大量的实验确定了高炉瓦斯灰中铁、铝的最佳溶出条件。在此基础上,根据铁、铝的不同水解特性,控制发生水解聚合反应的条件,合成了具有优良絮凝性能的复合型无机高分子絮凝剂——聚合氯化铝铁
10. Fe2O3与稀硫酸生成三价铁离子 然后与铜反应 生成二价铁跟铜离子硝酸钙有硝酸根跟氢离子相当于稀硝酸与铜可以反应
11, 具体数值自己算，给你思路，前面上升的是氢氧化铝跟氢氧化镁一共的量
下降的消耗氢氧化铝的量 根据横坐标 可求比例
12.没选项怎么看， 无色溶液，没有铜离子 铁离子
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