多孔石墨烯與聚苯胺復(fù)合膜的制備及其電化學(xué)性能研究.pdf

1、超級(jí)電容器是一種介于傳統(tǒng)電容器和充電電池之間的綠色儲(chǔ)能器件，因其具有高的能量密度和功率密度，快速充放電和長(zhǎng)壽命等優(yōu)點(diǎn)，近年來備受研究者的青睞。但是，超級(jí)電容器的儲(chǔ)能性能嚴(yán)重依賴與電極材料的性能，因此制備出具有高性能，新穎結(jié)構(gòu)的電極材料成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。在導(dǎo)電聚合物中，聚苯胺(PAN I)因其具有環(huán)境和化學(xué)穩(wěn)定性好，易合成，高的導(dǎo)電率，快速可逆氧化還原狀態(tài)和高的理論比電容等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是最有應(yīng)用前景的電極材料。但是，在快速充放電過程中，

2、由于PAN I自身體積的膨脹與收縮而造成體積的改變，從而嚴(yán)重降低了其電化學(xué)穩(wěn)定性。為此，將PAN I與石墨烯復(fù)合，制備出石墨烯/PAN I復(fù)合材料是有效解決上述問題的方法。石墨烯具有優(yōu)良的導(dǎo)電率，高的理論比表面積和優(yōu)異的機(jī)械性能。然而，在實(shí)際應(yīng)用中石墨烯由于自身的堆積作用使得其理論比表面積不能完全被利用。同時(shí)，有序的結(jié)構(gòu)有利于提高材料的利用率?；谝陨戏治?，我們以PS/rGN為載體，成功了制備了3D rGN/PANI復(fù)合膜和3rGN/P

3、ANI-NW復(fù)合膜。具體研究?jī)?nèi)容如下：
　　(1)采用改進(jìn)的Hummers法制備了氧化石墨烯(GO)，并用水合肼和氨水對(duì)其進(jìn)行還原得到分散性好的 rGN溶液，再將 rGN溶液與 PS溶液相混合，抽濾得到PS/rGN膜。再通過稀釋溶液聚合法在 PS/rGN膜沉積 PANI納米線陣列，最后將PS去除，得到3D rGN/PANI復(fù)合膜。利用F E-SEM，F(xiàn)T-IR，XPS和BET等技術(shù)對(duì)其微觀形貌和結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析以及CV、恒流充放電、交

4、流阻抗和循環(huán)穩(wěn)定性對(duì)其電化學(xué)性能表征。結(jié)果表明：3D rGN/PANI復(fù)合膜具有三維多孔結(jié)構(gòu)，PANI納米線陣列不僅沉積在膜的表面，也沉積在膜的內(nèi)部，且 PAN I與 rGN間存在強(qiáng)的π電子作用力。這種新穎的結(jié)構(gòu)有利于提供高的界面面積，縮短離子通道，快速的電子轉(zhuǎn)移通道。相比與rGN，3D rGN，和純PANI，3D rGN/PANI復(fù)合膜在電容性和循環(huán)穩(wěn)定性上得到了很大的提高，其中在0.5 A g-1的電流密度下的比電容達(dá)到了740 F

5、 g-1，在10 A g-1的電流密度下的循環(huán)充放電1000次后，電容保留值為87％，表現(xiàn)出良好的電化學(xué)性能。
　　(2)在(1)的基礎(chǔ)上，以PS為自犧牲模板和ZnO納米棒為支撐骨架，通過電聚合法在三維多孔石墨烯膜上制備 PANI納米褶皺陣列，得到3rGN/PANI-NW膜。FE-SEM研究表明，3rGN/PANI-NW復(fù)合膜具有三維多孔和PANI納米褶皺陣列在膜上，該結(jié)構(gòu)具有大的比表面積，有利于提高電化學(xué)活性和電子在 PAN I