石墨烯-分子篩-聚苯胺復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“納米反應器”，采用原位化學氧化還原法，制備出具有插層結構的GO/mSiO2/PANI納米復合電極材料。通過結構表征得到，聚苯胺在二氧化硅納米孔道內合成，介孔二氧化硅進入到氧化石墨烯片層間，復合材

2、料具有良好的熱穩(wěn)定性及結構規(guī)整性。對GO/mSiO2/PANI復合材料進行電化學測試，結果表明，當循環(huán)伏安掃描速率為10 mV/s時，GO/mSiO2/PANI的比電容（1105 F/g）遠高于GO/PANI（562.4 F/g）的比電容；進行電化學循環(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。以上結論均說明介孔二氧化硅及具有規(guī)整結構的聚苯胺插入到氧化石墨烯層間產生了協(xié)同效應，提高了GO/

3、mSiO2/PANI復合材料的電化學性能。
　　論文以CV曲線計算出來的比容量為評價指標，探討了反應時間、介孔二氧化硅/苯胺質量比、鹽酸濃度、過硫酸銨/苯胺摩爾比、氧化石墨烯/苯胺質量比和反應溫度對GO/mSiO2/PANI復合材料比容量的影響。實驗結果表明，當反應時間為16 h、介孔二氧化硅/苯胺質量比為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/苯胺質量比為1:10和反應溫度為10℃時，GO/

4、mSiO2/PANI復合材料比容量最高，達到1247.2 F/g（掃描速率為50 mV/s）。
　　為了探討分子篩結構對石墨烯/分子篩/聚苯胺復合材料電化學性能的影響，分別利用二維片層結構的MCM-41、球形放射孔道的介孔二氧化硅、拓撲結構具有三維孔道的ZSM-5分子篩作為“反應器”，制備了三種不同結構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復合材料。采用掃描

5、電鏡、FT-IR、XRD、TG對三種樣品進行表征，結果表明GO/mSiO2/PANI復合材料具有較好的結構及熱穩(wěn)定性。采用三電極法測試材料的電化學性能，結果表明：當循環(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復合材料電極電阻