三維石墨烯-聚苯胺復(fù)合材料的制備及超級電容性能研究.pdf

1、本文采用改進Hummers法制備得到氧化石墨，采用液相超聲剝離法對氧化石墨進行分散來制取氧化石墨烯(GOS)；將GOS作為前驅(qū)體，采用水熱法在不同反應(yīng)溫度條件下制備得到三維石墨烯(3DGS)；再利用 GOS與聚苯胺(PANI)本身所帶有的相反電荷，采用一步和兩步復(fù)合法分別制備得到三維石墨烯/聚苯胺(3DGP-A/B)復(fù)合材料。利用XRD、FT-IR、Raman、XPS、AFM、SEM、TEM和電化學(xué)工作站等對3DGS與3DGP-A/B復(fù)

2、合材料的形貌、結(jié)構(gòu)與超級電容性能進行表征分析，并進一步揭示了3DGS和3DGP-A/B復(fù)合材料的形成機理。
　　研究結(jié)果表明：隨著超聲時間的增長，氧化石墨的厚度和片徑不斷減小，3DGS的內(nèi)部形貌由片狀逐漸向著多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化；而隨著水熱反應(yīng)溫度的升高，GOS的還原程度增加，3DGS的三維結(jié)構(gòu)尺寸逐漸減??；但當(dāng)超聲時間為120 min、水熱反應(yīng)溫度為180℃時，所制備的3DGS具有最均勻的多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和最優(yōu)異的超級電容性能，比電容可

3、達314 F·g-1，5000次充放電循環(huán)后容量保持率為87％。
　　一步復(fù)合法制備3DGP-A復(fù)合材料時，GOS與 PANI的混合分散液在水熱反應(yīng)過程中，GOS自組裝為3DGS的同時可將分散的 PANI鑲嵌在其三維結(jié)構(gòu)中，這不僅保證了 PANI的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，又保持了3DGS優(yōu)異的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，作為電極材料能為電解液中的離子提供良好的傳輸通道和更大的存儲面積；但復(fù)合材料中PANI的含量過多時，PANI的團聚現(xiàn)象嚴重，相比之下，當(dāng) GO

4、S與 PANI的質(zhì)量比為1:1時，3DGP-A具有最佳的超級電容性能；在0.5 A·g-1電流密度下比電容可達758 F·g-1，經(jīng)1000次循環(huán)后比電容保持率為86％，有著良好的倍率特性和循環(huán)穩(wěn)定性，其超級電容性能遠優(yōu)于單純的3DGS和PANI。
　　兩步復(fù)合法制備3DGP-B復(fù)合材料時，第一步的原位氧化聚合法可使PANI均勻地分散在GOS表面；將得到的GOS/PANI再與GOS混合分散，經(jīng)水熱反應(yīng)后，相比一步復(fù)合法，PANI更