石墨烯與聚苯胺復(fù)合海綿制備及性能研究.pdf

1、聚苯胺(PANI）是一種具有良好熱穩(wěn)定性、高比電容且易于合成的導(dǎo)電高分子材料，但純PANI合成后易團(tuán)聚且電化學(xué)循環(huán)穩(wěn)定性較差。作為目前科研前沿的材料，石墨烯（GN）是碳原子通過以六邊形晶格的形式非常緊密的堆積而形成的單層二維材料，在性能方面具有一些比較優(yōu)良的性能，如：優(yōu)異的機(jī)械性能、高比表面積、高導(dǎo)電率等。本文將二者結(jié)合，成功制備出海綿狀GN/PANI復(fù)合海綿，可廣泛應(yīng)用于可壓縮超級(jí)電容器及傳感器等。
　　本文采用Hummers法

2、、改進(jìn)Hummers法分別制備出氧化石墨烯（GO），并通過XRD、AFM及稱重對(duì)其氧化程度、粒徑及產(chǎn)量進(jìn)行表征與分析。結(jié)果表明無論從氧化程度、粒徑大小及產(chǎn)量進(jìn)行對(duì)比，改進(jìn)法都占有優(yōu)勢(shì)，含雜質(zhì)較少，產(chǎn)量較大，故以改進(jìn)法所制備的GO為原材料進(jìn)行下一步實(shí)驗(yàn)。通過在GO分散液中原位聚合苯胺單體，制備分散均勻的GO/PANI復(fù)合材料，并經(jīng)冷凍干燥工藝形成GO/PANI復(fù)合海綿。然后將GO/PANI復(fù)合海綿置于水合肼氣氛中還原1h，即得GN/PAN

3、I復(fù)合海綿。
　　在對(duì)復(fù)合海綿進(jìn)行力學(xué)壓縮性能分析時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)應(yīng)變?chǔ)?40％時(shí)，第10次壓縮循環(huán)與第1次相比，石墨烯海綿和RGP1:0.6的彈性變形都接近于100％，然而RGP1:3和RGP1:5的彈性變形分別為98.3％和94.5％。通過SEM表征發(fā)現(xiàn)制備的GO/PANI結(jié)構(gòu)和成分比較均勻，GO的分散性較好。對(duì)其進(jìn)行電化學(xué)性能分析，同比例情況下， GN/PANI海綿比電容均高于GO/PANI海綿，在2mV/s掃速下，RGP1:5比

4、電容為487F/g，而GOP1:5僅為152F/g，純PANI為397F/g，純GN為162F/g。而不同比例下，PANI的含量和材料的比電容成正比關(guān)系， PANI的負(fù)載有效地提高了石墨烯多孔結(jié)構(gòu)的電容特性，當(dāng)GN:PANI為1:5時(shí)（即RGP1:5），復(fù)合海綿比電容為487F/g，但此時(shí)復(fù)合海綿壓縮性能變?nèi)?，塑性變形明顯，而在2mV/s掃速下， RGP1:3比電容為448F/g，且其彈性變形范圍較大，故綜合力學(xué)壓縮性能和電化學(xué)性能，