石墨烯-分子篩-聚苯胺復(fù)合材料的制備及其性能研究.pdf

1、超級電容器相對于傳統(tǒng)電池，不僅功率密度高、循環(huán)性能好、充放電速度快，而且安全性能好、使用壽命長、環(huán)境污染小。因此越來越多的人開始關(guān)注并研究超級電容器，目前世界上大量的研究主要集中在超級電容器的電極材料上。
　　論文利用介孔二氧化硅孔道作為“納米反應(yīng)器”，采用原位化學(xué)氧化還原法，制備出具有插層結(jié)構(gòu)的GO/mSiO2/PANI納米復(fù)合電極材料。通過結(jié)構(gòu)表征得到，聚苯胺在二氧化硅納米孔道內(nèi)合成，介孔二氧化硅進(jìn)入到氧化石墨烯片層間，復(fù)合材

2、料具有良好的熱穩(wěn)定性及結(jié)構(gòu)規(guī)整性。對GO/mSiO2/PANI復(fù)合材料進(jìn)行電化學(xué)測試，結(jié)果表明，當(dāng)循環(huán)伏安掃描速率為10 mV/s時，GO/mSiO2/PANI的比電容（1105 F/g）遠(yuǎn)高于GO/PANI（562.4 F/g）的比電容；進(jìn)行電化學(xué)循環(huán)性能充放電測試1000次，仍具有92.5％的電容保持率，電阻由1.87Ω增大到6.93Ω。以上結(jié)論均說明介孔二氧化硅及具有規(guī)整結(jié)構(gòu)的聚苯胺插入到氧化石墨烯層間產(chǎn)生了協(xié)同效應(yīng)，提高了GO/

3、mSiO2/PANI復(fù)合材料的電化學(xué)性能。
　　論文以CV曲線計(jì)算出來的比容量為評價(jià)指標(biāo)，探討了反應(yīng)時間、介孔二氧化硅/苯胺質(zhì)量比、鹽酸濃度、過硫酸銨/苯胺摩爾比、氧化石墨烯/苯胺質(zhì)量比和反應(yīng)溫度對GO/mSiO2/PANI復(fù)合材料比容量的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)反應(yīng)時間為16 h、介孔二氧化硅/苯胺質(zhì)量比為1:10、鹽酸濃度為6 mol/L、過硫酸銨/苯胺摩爾比為1:3、氧化石墨烯/苯胺質(zhì)量比為1:10和反應(yīng)溫度為10℃時，GO/

4、mSiO2/PANI復(fù)合材料比容量最高，達(dá)到1247.2 F/g（掃描速率為50 mV/s）。
　　為了探討分子篩結(jié)構(gòu)對石墨烯/分子篩/聚苯胺復(fù)合材料電化學(xué)性能的影響，分別利用二維片層結(jié)構(gòu)的MCM-41、球形放射孔道的介孔二氧化硅、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有三維孔道的ZSM-5分子篩作為“反應(yīng)器”，制備了三種不同結(jié)構(gòu)的超級電容器電極材料，分別是GO/MCM-41/PANI、GO/mSiO2/PANI和GO/ZSM-5/PANI復(fù)合材料。采用掃描

5、電鏡、FT-IR、XRD、TG對三種樣品進(jìn)行表征，結(jié)果表明GO/mSiO2/PANI復(fù)合材料具有較好的結(jié)構(gòu)及熱穩(wěn)定性。采用三電極法測試材料的電化學(xué)性能，結(jié)果表明：當(dāng)循環(huán)伏安掃描速率為10m V/s時，GO/mSiO2/PANI、GO/MCM-41/PANI和GO/ZSM-5/PANI比電容值分別是1105 F/g，863 F/g和1030F/g，可以看出GO/mSiO2/PANI的比電容值最大；GO/mSiO2/PANI復(fù)合材料電極電阻