控制合成導(dǎo)電聚合物及與炭基復(fù)合的電化學(xué)性能研究.pdf

1、由于功率密度大，循環(huán)穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，超級(jí)電容器已成為一種很有前途的能量存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)換裝置。開發(fā)新型結(jié)構(gòu)的電極材料是提高超級(jí)電容器性能的關(guān)鍵措施之一。迄今為止，導(dǎo)電聚合物、多孔炭、石墨烯及其復(fù)合材料應(yīng)用于超級(jí)電容器得到了廣泛的研究。本文對(duì)導(dǎo)電聚合物及其復(fù)合材料的合成進(jìn)行了研究，分析了產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)和性能，提出了其形成機(jī)理，并詳細(xì)研究了其在超級(jí)電容器中的應(yīng)用。
　　(1)采用高濃度有機(jī)酸緩沖溶液控制苯胺氧化產(chǎn)物的形貌與結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明，只有在p

2、H低于2.6的緩沖溶液中才可以形成高分子量的聚苯胺(PANI)，并具有較大的電化學(xué)活性;當(dāng)緩沖溶液的pH高于3.2時(shí)，苯胺氧化產(chǎn)物的分子量主要為364和289，它們能夠形成不同形貌的多級(jí)結(jié)構(gòu)，具有較低的氧化還原電流和較強(qiáng)的疏水性。
　　(2)在濃硫酸介質(zhì)中，利用重氮化反應(yīng)直接將PANI接枝到還原的氧化石墨烯(rGO)上，形成PANI-g-rGO。結(jié)果表明，PANI分子鏈通過(guò)共價(jià)健接枝在rGO的表面，所得PANI-g-rGO在電流密

3、度為0.2Ag-1時(shí)比電容為300 F g-1，5.0Ag-1時(shí)仍能保持在208 F g-1，顯示了極好的倍率性能，在5.0Ag-1的電流密度下循環(huán)1000次后，電容衰減率不超過(guò)10％。
　　(3)以過(guò)硫酸銨作為氧化劑，在F108甲酸緩沖溶液中制備單分散聚吡咯(PPy)納米球。動(dòng)態(tài)光散射表明:在甲酸緩沖溶液中，吡咯有助于F108形成單分散的膠束。以此膠束為軟模板，低溫與緩沖溶液控制過(guò)硫酸銨的分解速率，合成了單分散PPy納米球，所得

4、的PPy納米球能很好地分散在水、乙醇和DMF等溶劑中。
　　(4)將PPy納米球先高溫炭化，再用KOH高溫活化制備多級(jí)孔的碳納米球。通過(guò)苯胺在多孔炭球的表面發(fā)生原位聚合，制備多孔炭球/PANI復(fù)合材料。結(jié)果表明，多孔炭球的比表面積可達(dá)2817 m2 g-1;在1 M H2SO4溶液中，電流密度為0.2Ag-1時(shí)的比電容高達(dá)320 F g-1;在電流密度為5.0Ag-1時(shí)，經(jīng)過(guò)1000次充放電循環(huán)后電容保持率為100％。對(duì)多孔炭球/

5、PANI復(fù)合物而言，其比電容在0.2 A g-1時(shí)可達(dá)584 F g-1，并且在5.0Ag-1時(shí)仍有407 F g-1，循環(huán)1000次后電容能保持其初始電容的85％。
　　(5)采用不同途徑原位聚合制備GO/PPy納米片并研究其形成機(jī)理。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，以GO-FeCl3絡(luò)合物為模板，PPy可以通過(guò)共價(jià)鍵接枝在GO上，形成比表面積高，導(dǎo)電性好的GO/PPy納米薄片，該GO/PPy在電流密度為0.2 A g-1時(shí)比電容達(dá)到398 F g-