基于碳納米管構(gòu)筑用作超級(jí)電容器電極的納米復(fù)合材料.pdf

1、作為超級(jí)電容器電極材料，碳納米管具有導(dǎo)電性高和循環(huán)穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，但比容量偏低；而導(dǎo)電高分子和過(guò)渡金屬氧化物具有很高的比電容量、但循環(huán)穩(wěn)定性較差。本工作中擬將聚苯胺、二氧化錳和碳納米管有機(jī)復(fù)合，通過(guò)材料間協(xié)同增強(qiáng)作用，制備出電導(dǎo)率高、比電容大和循環(huán)穩(wěn)定好的超級(jí)電容復(fù)合儲(chǔ)能材料。為此我們制備了具有核殼結(jié)構(gòu)的碳納米管/聚苯胺納米復(fù)合材料，碳納米管和納米晶二氧化錳復(fù)合材料，和碳納米管/二氧化錳/聚苯胺三元復(fù)合材料，并作為超級(jí)電容器電極材料對(duì)其

2、結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行了有效表征。本文主要內(nèi)容如下：
　　 1.采用苯胺和表面缺陷較少的多壁碳納米管，超聲輔助原位合成了一系列具有不同殼層厚度的碳納米管/聚苯胺復(fù)合物；采用SEM、TEM、FTIR、Raman、XRD等分析手段研究了材料的形貌與結(jié)構(gòu)，采用電導(dǎo)測(cè)量和電化學(xué)測(cè)試表征了材料的電學(xué)性能與電化學(xué)性能；提出了在無(wú)缺陷碳管表面發(fā)生聚苯胺原位聚合、形成具有核殼結(jié)構(gòu)的納米復(fù)合材料的機(jī)理；電化學(xué)分析表明復(fù)合電極材料的電容由雙電層電容和贗電容兩

3、部分組成，電極的儲(chǔ)能機(jī)理是復(fù)合儲(chǔ)能，電極反應(yīng)可逆性較好；當(dāng)碳納米管含量達(dá)到33％時(shí)，納米復(fù)合材料的比電容最高，可達(dá)到560F/g。
　　 2.以高錳酸鉀為氧化劑，醋酸錳和碳納米管為還原劑，草酸和鹽酸為質(zhì)子源調(diào)節(jié)體系得pH值，采用水熱反應(yīng)制備出一系列二氧化錳與碳納米管的復(fù)合材料；通過(guò)合成條件的選擇，可以有效地控制復(fù)合材料的形貌與復(fù)合方式。電化學(xué)測(cè)試表明系列材料中以納米晶二氧化錳/碳納米管核殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料性能最佳；體系中被納米晶二

4、氧化錳包覆碳納米管充當(dāng)導(dǎo)電通路，大大降低電極材料的電阻，而碳管表面所包覆的針狀二氧化錳極大地增加了材料的比表面積，核殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合方式增加了體系的穩(wěn)定性，其比電容也高達(dá)到550F/g，并表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)循環(huán)的穩(wěn)定性。
　　 3.以碳納米管/納米晶二氧化錳為反應(yīng)性模板，超聲輔助原位合成了碳納米管/二氧化錳/聚苯胺三元納米復(fù)合材料；該體系中二氧化錳和聚苯胺與碳納米管的復(fù)合提供了較高的比表面積和較低的電阻。二氧化錳與聚苯胺為主要的電化