聚(3,4-乙撐二氧噻吩)與石墨烯、碳納米管復(fù)合材料的制備及性能研究.pdf

1、隨著科技的迅速發(fā)展，導(dǎo)電聚合物及其復(fù)合材料由于其巨大的應(yīng)用價值受到科研工作者的廣泛關(guān)注。在常見的導(dǎo)電聚合物中，聚3,4-乙撐二氧噻吩(簡稱PEDOT)類導(dǎo)電聚合物由于具有較高的電導(dǎo)率、化學(xué)穩(wěn)定性和光電活性，在太陽能電池、超級電容器以及傳感器等領(lǐng)域都有具有較大的應(yīng)用價值。碳材料中單壁碳納米管與氧化石墨烯具有優(yōu)異的力學(xué)、光學(xué)和電化學(xué)性能而被廣泛用作于制備超級電容器的原材料。導(dǎo)電聚合物與碳材料形成的復(fù)合材料，不僅能兼具聚合物和碳材料的單一性質(zhì)

2、，而且還能利用復(fù)合物之間的協(xié)同或共軛效應(yīng)彌補各單一組分的缺陷，進而極大的開拓了復(fù)合材料的應(yīng)用領(lǐng)域。
　　本文首先通過 Suzuki或 Still偶聯(lián)反應(yīng)對碳材料表面進行修飾，在碳材料表面接枝噻吩類基團后再與PEDOT進行復(fù)合，從而使PEDOT與碳材料之間通過碳材料表面的噻吩類基團連接起來，得到的復(fù)合材料通過紅外光譜、拉曼光譜、紫外-可見光譜、X-射線粉末衍射、場發(fā)射掃描電子顯微鏡等表征手段進行分析。通過恒電流充放電、循環(huán)伏安、循環(huán)

3、壽命和光催化降解等測試方法對復(fù)合物的電化學(xué)與光催化性能進行研究，其主要內(nèi)容包括以下幾個方面：
　?。?）通過對單壁碳納米管表面進行功能化，分別在碳納米管表面接枝不同的噻吩類基團后再與 PEDOT復(fù)合，制備了不同比例的2位噻吩修飾單壁碳納米管/PEDOT(2-Th-CNT/PEDOT)、3位噻吩修飾單壁碳納米管/PEDOT(3-Th-CNT/PEDOT)和3,4-乙撐二氧噻吩(EDOT)修飾單壁碳納米管/PEDOT(EDOT-CNT

4、/PEDOT)。探討了不同的噻吩類基團修飾單壁碳納米管對材料結(jié)構(gòu)及電化學(xué)性能的影響，以及復(fù)合物中不同含量功能化單壁碳納米管對材料結(jié)構(gòu)及電化學(xué)性能的影響。結(jié)果表明功能化單壁碳納米管含量為10％得到的復(fù)合物具有更好的結(jié)構(gòu)與電化學(xué)性能，3-Th-CNT/PEDOT(10 wt%)比電容為190 F/g。
　?。?）通過對氧化石墨烯(GO)表面進行功能化，在石墨烯表面接枝3位噻吩基團后再與 PEDOT進行復(fù)合得到功能化氧化石墨烯/PEDO

5、T(Th-GO/PEDOT)。探討了不同氧化石墨烯含量對復(fù)合物結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，當(dāng)Th-GO含量為50 wt%得到的復(fù)合物具有最高的共軛性、摻雜性與分散性，在電流密度為1 A/g時比電容值為320 F/g，循環(huán)壽命在1000圈后持率為80%。
　?。?）通過合成氧化石墨烯/PEDOT(GO/PEDOT)與功能化的氧化石墨烯/PEDOT(Th-GO/PEDOT)，對比了氧化石墨烯經(jīng)過功能化后對復(fù)合物電化學(xué)和光催化性能

6、的影響。在合成 Th-GO/PEDOT過程中不加表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)得到Th-GO/PEDOT(無CTAB)，研究CTAB對復(fù)合材料電化學(xué)和光催化性能的影響。電化學(xué)結(jié)果表明，在氧化石墨烯表面進行功能化或在反應(yīng)體系中加入 CTAB均能提高復(fù)合物的共軛性，摻雜性和穩(wěn)定性，從而提高復(fù)合材料的電化學(xué)性能。光催化結(jié)果表明，氧化石墨烯功能化后會降低復(fù)合物的光催化作用，而體系中加入CTAB對光催化活性起較大的促進作用。