聚苯胺復合材料的制備及其性能研究.pdf

1、電極材料是決定電池、超級電容器的性能與成本的關鍵。而復合材料作為電極材料,具有單一材料所不具備的優(yōu)良性能,應用前景十分廣闊。聚苯胺-無機材料復合材料是近年來發(fā)展起來應用于電池、超級電容器的一種新型電極材料,這種復合材料將雙電層電容與法拉第電容結合,可以提高電池的催化活性及電容器的比電容、循環(huán)性能等。采用不同的電化學方法可在電極表面制得形態(tài)不同的聚苯胺-無機材料復合材料。本論文開展了聚苯胺-鈉基蒙脫土、聚苯胺-石墨、聚苯胺-氧化石墨烯、聚

2、苯胺-多壁碳納米管及聚苯胺-石墨烯復合材料的探索研究。從制備新結構復合材料,更換新型載體等方面入手,探索復合材料性能,并通過掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)、X射線衍射(XRD)、循環(huán)伏安(CV)、計時電流等分析測試技術,對復合材料的形貌、結構、電化學性能等進行了詳細研究。
　　 (1)采用電化學聚合法制備了插層聚苯胺鈉基蒙脫土復合材料。詳細地探討了復合材料前軀體插層苯胺-鈉基蒙脫土的制備過程,并采用XRD、S

3、EM和電化學方法對復合材料的形貌結構和性能進行了表征。XRD結果表明,經苯胺插層后鈉基蒙脫土的層間距明顯增大,插層苯胺經電化學聚合后,其層間距仍比純鈉基蒙脫土層間距大,但小于苯胺插層的鈉基蒙脫土。電化學聚合結果表明,苯胺插層蒙脫土在硝酸溶液中的聚合行為與普通苯胺明顯不同,聚合初始時多了一對氧化還原峰,隨電化學聚合進行該氧化還原峰逐漸減小直至消失。SEM照片表明,經電化學聚合后,鈉基蒙脫土復合材料的致密程度高于未經電化學聚合的鈉基蒙脫土的

4、致密度。插層聚苯胺-鈉基蒙脫土復合材料修飾電極對甲醇的電化學氧化和鐵氰化鉀的氧化還原具有優(yōu)異的電催化性能。
　　 (2)采用電化學聚合法制備了聚苯胺-石墨(PANI-PG),聚苯胺-氧化石墨烯(PANI-GONs)及聚苯胺-多壁碳納米管(PANI-MWCNTs)復合材料。探討了石墨烯的制備過程,并利用復合材料做為催化劑載體負載鉑顆粒,制備了Pt-PANI-PG,Pt-PANI-GONs及Pt-PANI-MWCNTs修飾電極。采用

5、循環(huán)伏安及計時電流法對復合材料的電化學性能進行了表征?？疾炝司郾桨?石墨(PANI-PG),聚苯胺-氧化石墨烯(PANI-GONs)及聚苯胺-多壁碳納米管(PANI-MWCNTs)復合材料修飾電極對鐵氰化鉀以及Pt-PANI-PG,Pt-PANI-GONs及Pt-PANI-MWCNTs修飾電極對甲酸的電催化性能。發(fā)現(xiàn)Pt-PANI-MWCNTs復合材料修飾電極對甲酸的電催化性能明顯優(yōu)于Pt-PANI-GONs；而Pt-PANI-GONs

6、修飾電極的電催化活性又優(yōu)于Pt-PANI-PG。經長期穩(wěn)定性考察后發(fā)現(xiàn),Pt-PANI-MWCNTs修飾電極具有比Pt-PANI-GONs及Pt-PANI-PG更好的長期穩(wěn)定性。
　　 (3)采用脈沖電流(PGM)及恒電流(GM)法制備了具有不同形態(tài)聚苯胺的聚苯胺(PANI)-石墨烯(GNS)復合材料。采用SEM、TEM和循環(huán)伏安及充放電等電化學方法對復合材料的形貌結構及性能進行了表征。TEM顯示石墨烯為無定形態(tài)。脈沖和恒電流兩

7、種電化學方法分別得到兩種不同形態(tài)的聚苯胺。從PANI-GNS-PGM復合材料中可以觀察到碎片或碎管狀的聚苯胺與石墨烯片層無序的摻雜在一起；然而,在PANI-GNS-GM復合材料中聚苯胺以小薄片形態(tài)與片狀石墨烯疊覆在一起。由于聚苯胺形態(tài)不同使得復合材料中石墨烯界面發(fā)生改變從而使得其電容值發(fā)生變化。聚苯胺石墨烯復合材料的比電容要大于純石墨烯的比電容,其中PANI-GNS-PGM和PANI-GNS-GM復合材料的比電容分別為243 F/g及3