石墨烯-聚苯胺復(fù)合材料的制備及其電容性能研究.pdf

1、作為一種綠色新型儲能器件，超級電容器具有功率密度高、充放電迅速、循環(huán)壽命長等優(yōu)點(diǎn)，成為目前研究廣泛的能量存儲器件之一。超級電容器的性能主要取決于電極材料，石墨烯具有良好的熱穩(wěn)定性、導(dǎo)電性以及高比表面積，成為超級電容器最具發(fā)展前景的電極材料之一。聚苯胺具有成本低、易合成和高導(dǎo)電性等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是最有發(fā)展前景的電極材料之一。石墨烯由于其不可逆性的堆疊現(xiàn)象導(dǎo)致其電容性能并不理想，本論文主要從化學(xué)元素?fù)诫s、復(fù)合材料制備以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)這三方面著眼于

2、克服這個(gè)缺點(diǎn)。主要研究內(nèi)容如下：
　　采用改進(jìn)的Hummers法制備氧化石墨烯（GO），經(jīng)微波膨化得到熱還原石墨烯（GNs）。通過水熱法合成前驅(qū)體凝膠，經(jīng)高溫?zé)Y(jié)，制得氮摻雜石墨烯（N-GNs）。結(jié)構(gòu)分析表明，N-GNs保留了石墨烯的褶皺透明，GO水溶液與氨基氫經(jīng)水熱反應(yīng)有效地構(gòu)筑了具有三維網(wǎng)絡(luò)式的多孔洞結(jié)構(gòu)。N2吸附測試表明，氮摻雜多孔石墨烯的比表面積和孔容分別為280.78 m2/g和1.25 cm2/g，遠(yuǎn)大于石墨烯83.7

3、0 m2/g的比表面積和0.35 cm2/g的孔容。電容測試結(jié)果表明，氮摻雜石墨烯在電流密度為0.1 A/g時(shí)，比容量可達(dá)到169 F g-1。
　　采用二維的氧化石墨烯作為柔性載體材料，利用其表面大量的含氧化學(xué)功能基團(tuán)產(chǎn)生的良好分散性和親水性，采用化學(xué)原位聚合的方法在氧化石墨烯納米片上均勻包覆上聚苯胺。結(jié)構(gòu)分析表明，氧化石墨烯的引入使得原本易于發(fā)生團(tuán)聚的單純聚苯胺納米粒子均勻地包覆在氧化石墨烯納米片的表面形成薄膜狀包覆，聚苯胺一

4、次顆粒的形貌和分散度得到了有效地改善。在電流密度為0.1 A/g時(shí)，氧化石墨烯/聚苯胺復(fù)合材料的比容量為162 F g-1。經(jīng)2000次循環(huán)后，復(fù)合材料比容量仍保持在142 F g-1（容量保持率高達(dá)87.9％）。
　　采用化學(xué)原位聚合法在石墨烯納米片的基體上均勻生長出乳突狀陣列式聚苯胺納米顆粒，制備得到石墨烯/聚苯胺納米復(fù)合材料。結(jié)構(gòu)分析表明，聚苯胺顆粒均勻生長在石墨烯納米片的兩面上，呈現(xiàn)自由佇立的乳突狀納米顆粒陣列的形態(tài)。電容