三維聚苯胺-石墨烯復合材料和氮摻雜石墨烯的研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、超級電容器是一種具有高性能的綠色環(huán)保的能量儲存裝置。對超級電容器的研究主要集中在尋找具有更高電化學性能,更易制備生產(chǎn)的新型電極材料。石墨烯作為電極材料時,因其獨特的結(jié)構(gòu)和優(yōu)良的電學性質(zhì)受到了廣泛的關注和研究。然而,由于結(jié)構(gòu)完整的石墨烯片之間的強烈作用力使得單純的石墨烯作為電極材料時受到極大的限制。將石墨烯與導電聚合物復合或是對石墨烯摻雜改性均能提高石墨烯材料的電化學性能,是一種解決上述問題的有效途徑?;谝陨嫌懻?,本文用兩種方式形成了石

2、墨烯/聚苯胺復合物和兩種途徑制備出了高電化學性能的氮摻雜石墨烯。
  (1)將石墨烯與對苯二胺通過水熱反應形成的水凝膠(NGH-10),然后利用重氮化反應將 NGH-10進行功能化改性,最后經(jīng)過原位聚合形成了聚苯胺共軛接枝石墨烯水凝膠(NGH-PANI-0.01M)。通過 Raman,XPS,XRD等測試手段說明了NGH-10具有明顯的三維網(wǎng)絡結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,且其體積不隨水熱時間改變而改變;NGH-PANI-0.01M中聚苯胺以共

3、價鍵的形式接枝到石墨烯上,通過 SEM觀察發(fā)現(xiàn),聚苯胺以膜的形式附著于石墨烯片層上。通過電化學測試,NGH-10具有較高的電化學性能和穩(wěn)定性(1000次循環(huán)后有98.2%的剩余量)。NGH-PANI-0.01M充分利用了石墨烯與聚苯胺之間的協(xié)同效應,能夠達到684F/g的電容量,并且循環(huán)性能良好(1000次循環(huán)后有94.4%的剩余量)。
  (2)將石墨烯與具有電化學活性的木質(zhì)素磺酸鈉通過水熱法,構(gòu)建出了具有三維網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的水凝膠(

4、GO/SL4),在此結(jié)構(gòu)的基礎上,通過原位聚合聚苯胺,成功的將聚苯胺復合于石墨烯木質(zhì)素磺酸鈉三維網(wǎng)絡中,得到了石墨烯/聚苯胺復合物(GO/SL4/PANI0.1)。XRD,XPS和FT-IR等測試表明,經(jīng)木質(zhì)素磺酸鈉摻雜后,聚苯胺處于質(zhì)子酸摻雜的中間氧化態(tài),其結(jié)構(gòu)得到了優(yōu)化,它與石墨烯之間存在的協(xié)同效應也得到了更充分的發(fā)揮。電化學性能測試表明 GO/SL4/PANI0.1具有優(yōu)秀的電化學性能,在1A/g時電容可達820F/g,且經(jīng)過10

5、00次循環(huán)后仍有92.49%的電容保留量。
  (3)在低溫焙燒的條件下,以吡啶為氮源,氧化鎳為催化劑,同時進行氮原子摻雜和催化碳化的方法獲得了氮摻雜石墨烯(GOPD300Ni1.7)。通過 TEM,XRD,XPS和Raman等表征手段,表明 GOPD300Ni1.7獲得了較完整的石墨結(jié)構(gòu),其體積密度達到1.12g/cm3,并且保留了具有電化學活性的含氧基團,以及吡啶對石墨烯進行了氮原子摻雜。通過電化學測試說明 GOPD300Ni

6、1.7具有高的電化學性能,在0.5A/g的電流密度下,其質(zhì)量電容可達443.4F/g。由于高達1.12g/cm3的體積密度能使GOPD300Ni1.7的體積電容達到496.6F/cm3。GOPD300Ni1.7具有優(yōu)秀的循環(huán)穩(wěn)定性,經(jīng)1000次循環(huán)后沒有電容損失。
  (4)以氧化石墨烯(GO)為原料,三聚氰胺為還原劑和氮摻雜劑,經(jīng)過水熱法制備出了氮摻雜石墨烯(NRG)三維網(wǎng)絡。通過 SEM,XPS,Raman和電化學等測試手段對

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