導(dǎo)電聚合物功能化石墨烯復(fù)合材料的制備及其電容性能研究.pdf

1、石墨烯作為一種新型碳材料，具有極大比表面積、良好的電學(xué)性質(zhì)、熱穩(wěn)定性和多孔性等優(yōu)良特性，在新能源材料、傳感器、催化、儲(chǔ)能等領(lǐng)域有著很好的應(yīng)用前景。與傳統(tǒng)的碳材料如活性碳相比，石墨烯在電子傳導(dǎo)速率、比表面積等方面更具優(yōu)勢(shì)。石墨烯的宏量制備是關(guān)于該材料基礎(chǔ)研究與工業(yè)應(yīng)用的核心問(wèn)題之一，目前獲得宏量石墨烯的有效途徑是首先利用氧化劑化學(xué)剝離石墨獲得氧化石墨烯，再經(jīng)熱或化學(xué)還原獲取石墨烯，但在這一過(guò)程中，石墨烯的團(tuán)聚導(dǎo)致其比表面積和相關(guān)物理化學(xué)性

2、能大大下降。
　　 本論文圍繞經(jīng)化學(xué)還原后的還原石墨烯(RGO)/導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料的可控合成，設(shè)計(jì)并制備了石墨烯作為載體采用酰胺化反應(yīng)接枝聚對(duì)苯二胺、聚苯胺，以及石墨烯/碳納米管接枝聚對(duì)苯二胺三元復(fù)合材料，以及其作為超級(jí)電容器電極材料的電化學(xué)性能展開(kāi)了系統(tǒng)研究。在高氧化程度GO的制備、石墨烯/導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料的制備和儲(chǔ)能方面，取得若干新的成果。具體內(nèi)容如下:
　　 1.采用改性的Hummers法制備出尺寸集中在20～

3、70nm的高氧化程度的氧化石墨烯(GO)，借助其表面含有大量羥基、環(huán)氧基和羧基等含氧官能團(tuán)的優(yōu)勢(shì)，采用酰胺化法在GO上共價(jià)鍵接枝PPD，經(jīng)進(jìn)一步還原去除未反應(yīng)的含氧官能團(tuán)后，制備了一種新型高性能電化學(xué)電容器電極材料-還原的氧化石墨烯/聚對(duì)苯二胺(RGO/PPD)。以石墨烯為骨架，通過(guò)改變質(zhì)量配比，均勻地覆蓋和嵌入球狀納米PPD，獲得了形貌規(guī)整的復(fù)合材料。各種表征數(shù)據(jù)表明，RGO和PPD之間主要以酰胺鍵結(jié)合，這在一定程度上增強(qiáng)了復(fù)合材料的

4、電化學(xué)穩(wěn)定性。建立了RGO/PPD復(fù)合材料的比容量與RGO引入量之間的關(guān)聯(lián)性，確定了GO、對(duì)苯二胺投料質(zhì)量比為5∶1時(shí)初始比容量達(dá)到最高值，在1A g-1的電流密度下復(fù)合材料的比容量高達(dá)347 F g-1，遠(yuǎn)高于純組分RGO的144和PPD的66 Fg1，在10Ag-1電流密度下經(jīng)歷1000次循環(huán)充放電后，其電容值仍然保留有初始值的90.1％，顯示出優(yōu)異的長(zhǎng)期穩(wěn)定儲(chǔ)電性能。
　　 2.聚苯胺(PANI)是一種理想的高比電容導(dǎo)電聚

5、合物，但由于其循環(huán)穩(wěn)定性不足限制了其工業(yè)化應(yīng)用。本論文通過(guò)酰胺化法制備了PANI共價(jià)鍵修飾的RGO/PANI復(fù)合材料， RGO-PANI的紅外光譜出現(xiàn)了酰胺基團(tuán)所特有的C=O和C-N鍵的伸縮振動(dòng)峰，表明PANI以酰胺鍵的方式接枝于石墨烯。SEM和TEM可清楚地看到平均尺寸約為20nm的球形PANI納米顆粒均勻地覆蓋在石墨烯片層上，探討了所制備的RGO/PANI復(fù)合材料的電容性能。電化學(xué)測(cè)試表明經(jīng)HCI摻雜后的復(fù)合材料比容量為211 F/

6、g，表明其具有較好的電容特性;石墨烯的引入并未減小PANI的電容值，但大大改善了PANI的循環(huán)穩(wěn)定性，經(jīng)1000次連續(xù)充放電測(cè)試后其電容值仍能保持初始值的85％，遠(yuǎn)高于純PANI的58.5％，表明其具有較好的循環(huán)穩(wěn)定性能。
　　 3.通過(guò)石墨與碳納米管共氧化后與對(duì)苯二胺酰胺化，進(jìn)一步將剩余單體聚合，經(jīng)硼氫化鈉還原后制備出RGO/CNT/PPD三元復(fù)合材料，利用RGO和CNT的雙電層電容和PPD的插層作用，制備出兼具三者優(yōu)點(diǎn)的超級(jí)