氨基改性石墨烯-聚苯胺復(fù)合材料的制備及其電化學(xué)電容性能研究.pdf

1、超級電容器是當(dāng)前的一種新型儲能器件，它是介于傳統(tǒng)電容器和二次電池之間，具有快速充放電的特性，也是目前新能源器件研究的熱點(diǎn)。超級電容器電極材料是決定超級電容器性能的關(guān)鍵所在，對電極材料的研究始終是該領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。在研究的眾多的電極材料中碳材料和聚苯胺(PANI)由于原材料豐富、價格低廉、制備工藝容易且性能優(yōu)異，備受人們關(guān)注。本論文主要針對氮摻雜石墨烯(NH2-RGO)與聚苯胺復(fù)合材料的制備和性能進(jìn)行研究。全文主要研究內(nèi)容及成果概況如下:

2、
　　(1)本文采用兩種比較有代表性的B-石墨和S-石墨為原材料，首先對其進(jìn)行物理表征，可知兩種石墨的比表面積相差不大，但其孔徑差別較大，平均孔徑分別為5.8和1.2nm，隨后以兩種石墨為前驅(qū)體，通過改性的Hummers方法制備B-GO和S-GO，再通過各種手段進(jìn)行表征，兩種石墨的表面都嵌入了大量的含氧官能團(tuán)，由此可知通過此方法制備的氧化石墨基本上為單層結(jié)構(gòu)。
　　(2)采用原位聚合的方法分別制備PANI、B-GO/PANI

3、、S-GO/PANI、B-RGO/PANI和S-RGO/PANI納米線陣列的復(fù)合材料，對比分析這些納米線復(fù)合材料的電化學(xué)性能差異。PANI納米纖維由于在摻雜與去摻雜的過程中容易發(fā)生體積的膨脹和收縮致使電極材料的脫落，從而導(dǎo)致電化學(xué)性能較差。然而，苯胺單體與兩種GO聚合得到的B-GO/PANI和S-GO/PANI納米線復(fù)合材料，由于GO本身缺陷和導(dǎo)電性較差，致使制備的兩種復(fù)合材料電化學(xué)電容相對較差。利用水合肼還原得到的B-RGO/PANI

4、和S-RGO/PANI復(fù)合材料，其導(dǎo)電性較還原前提高了兩個數(shù)量級（B-RGO/PANI和S-RGO/PANI的電導(dǎo)率分別為19.05Scm-1和0.14Scm-1），電化學(xué)性能也得到很大程度的提升。B-GO/PANI、S-GO/PANI、B-RGO/PANI和S-RGO/PANI復(fù)合材料經(jīng)過1000次循環(huán)后電容保持率分別為57％、59.6％、60％和69.7％。通過還原前后的對比，以S-GO為基體與苯胺聚合后的電化學(xué)性能要優(yōu)于B-GO納

5、米基體，表明以小顆粒的石墨為原材料制備的復(fù)合材料的性能較優(yōu)。因此本文選擇S-石墨來制備N摻雜的GO。
　　(3)將制備的S-GO為前驅(qū)體，氨水為氮源，乙二醇為溶劑和還原劑，利用水熱反應(yīng)制備NH2-RGO納米基體，并對NH2-RGO進(jìn)行一系列的結(jié)構(gòu)表征和電化學(xué)性能測試，表明氨基官能團(tuán)(-NH2)已將GO上的部分含氧官能團(tuán)取代，同時其電極材料的CV曲線本接近于矩形且無氧化還原峰，是典型的雙電層電容器，經(jīng)過1000次循環(huán)之后其電容幾乎沒