石墨烯基復(fù)合材料電極的制備及超電容性研究.pdf

1、隨著能源短缺日益嚴(yán)峻，高效儲(chǔ)能技術(shù)作為支撐可再生能源發(fā)展的關(guān)鍵戰(zhàn)略性技術(shù)，成為研究熱點(diǎn)。超級(jí)電容器作為一種新型儲(chǔ)能裝置備受關(guān)注，而電極材料是超級(jí)電容器制備技術(shù)的關(guān)鍵。因此，基于石墨烯的高效儲(chǔ)能材料研究，具有廣闊的應(yīng)用前景和現(xiàn)實(shí)意義。本文致力于石墨烯/聚苯胺復(fù)合材料的可控制備及其電化學(xué)性能研究。
　　以鱗片石墨為原料，采用改進(jìn)Hummers法制備氧化石墨烯（GO）。采用1 mg/mL的對(duì)苯二甲酸（TPA）氨水溶液對(duì)其進(jìn)行改性制備出對(duì)

2、苯二甲酸改性氧化石墨烯（TPA-GO）。采用XRD、SEM和FT-IR對(duì)GO和TPA-GO的微觀結(jié)構(gòu)和形貌進(jìn)行了表征。TPA-GO含氧官能團(tuán)增加，親水性增強(qiáng)，且樣品具有較明顯片層結(jié)構(gòu)，TPA促進(jìn)了GO層間的剝離。
　　采用化學(xué)原位聚合法，成功制備了結(jié)構(gòu)規(guī)整、聚合度良好的聚苯胺（PANI）。探究了GO與PANI不同復(fù)合比例（1:3/1:6/1:9）對(duì)GO/PANI復(fù)合材料微觀結(jié)構(gòu)和形貌的影響。通過(guò)XRD、SEM、FT-IR及TG對(duì)其

3、微觀結(jié)構(gòu)、形貌和熱穩(wěn)定性進(jìn)行了表征。確定了GO與PANI最佳復(fù)合比例為1:9，GO/PANI1:9復(fù)合得更加完全。
　　采用化學(xué)原位復(fù)合法，按1:9復(fù)合比例，成功制備了TPA-GO/PANI1:9復(fù)合材料。通過(guò)XRD、SEM、FT-IR及TG對(duì)其微觀結(jié)構(gòu)、形貌和熱穩(wěn)定性進(jìn)行了表征。TPA改性后GO由于層間距增大，含氧官能團(tuán)增多使其與PANI復(fù)合得更加完全，且制備的復(fù)合材料微觀形貌更加規(guī)整均勻，無(wú)明顯團(tuán)聚，TPA改性明顯改善了GO與

4、PANI復(fù)合材料的微觀形貌。
　　研究了水合肼對(duì) GO/PANI1:9和TPA-GO/PANI1:9的還原作用。采用水合肼做還原劑，95℃恒溫反應(yīng)24 h,將 GO/PANI1:9和 TPA-GO/PANI1:9成功還原成rGO/PANI1:9和TPA-rGO/PANI1:9。通過(guò)XRD、SEM、FT-IR及TG對(duì)還原后的復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)、形貌和熱穩(wěn)定性進(jìn)行了表征。還原后的復(fù)合材料所帶的官能團(tuán)明顯減少，但仍保有還原前規(guī)整的形貌，

5、說(shuō)明水合肼成功地將GO還原成rGO，同時(shí)又沒(méi)有破壞復(fù)合材料的微觀形貌。
　　將GO/PANI1:9、TPA-GO/PANI1:9、rGO/PANI1:9和TPA-rGO/PANI1:9四組復(fù)合材料分別制作電極。以復(fù)合材料作為工作電極，甘汞電極作為參比電極，鉑電極作為輔助電極，1 M H2SO4溶液作為電解液，采用三電極體系分別測(cè)試了循環(huán)伏安曲線和交流阻抗譜。結(jié)果表明：在10 mV/s的掃描速率下，四組復(fù)合材料電極的比電容分別為:1