聚苯胺-聚吡咯共軸納米復(fù)合纖維的制備與儲能性能.pdf

1、超級電容器具有高功率密度、可快速充放電、循環(huán)壽命長等特性，在電動汽車電源、便攜式儀器設(shè)備、數(shù)據(jù)記憶存儲設(shè)備中具有良好的應(yīng)用。作為超級電容器電極材料，導(dǎo)電聚合物聚苯胺（PANi）具有單體成本低、獨(dú)特的摻雜/脫摻雜機(jī)制等優(yōu)點(diǎn)，但一般只適用于酸性電解質(zhì)；聚吡咯（PPy）具有優(yōu)異的電學(xué)和電化學(xué)性能，一般可用于中、堿性電解液，但電化學(xué)穩(wěn)定性較差、單體成本較高。研制集二者優(yōu)異性能于一體的復(fù)合導(dǎo)電材料是超級電容器電極材料研究的重要方向。本文以聚苯胺納

2、米纖維為核，采用簡單的原位化學(xué)氧化聚合法制備出核殼結(jié)構(gòu)聚苯胺/聚吡咯共軸納米復(fù)合纖維。聚苯胺的制備過程中著重研究了共溶劑對界面聚合制備聚苯胺納米纖維的影響，探討了聚苯胺納米纖維及聚苯胺/聚吡咯復(fù)合納米纖維作為超級電容器電極材料的應(yīng)用潛力。主要研究成果如下：
　?。?）共溶劑對聚苯胺納米纖維界面聚合反應(yīng)過程的影響：采用界面聚合法制備聚苯胺納米纖維，含苯胺單體的氯仿溶液作為有機(jī)相，含氧化劑的鹽酸溶劑作為水相，在水相中加入一定量的有機(jī)溶

3、劑作為共溶劑。通過監(jiān)測反應(yīng)過程發(fā)現(xiàn)，所有含共溶劑體系的反應(yīng)速率比以過硫酸銨為氧化劑的無共溶劑體系慢，比以三氯化鐵為氧化劑的無共溶劑體系快，并按照如下順序：二甲基亞砜、甲醇、乙醇、丙酮、異丙醇、二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮共溶劑體系的反應(yīng)速率逐漸減慢。界面張力的測試結(jié)果表明，含二甲基亞砜、甲醇、乙醇、丙酮、異丙醇、二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮共溶劑體系的界面張力逐漸減小，與反應(yīng)過程快慢順序一致。共溶劑界面聚

4、合制備聚苯胺的場發(fā)射掃描電鏡圖顯示所有體系制備的聚苯胺均為纖維狀。
　　（2）共溶劑對聚苯胺化學(xué)結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的影響：第一類共溶劑體系（甲醇、乙醇、丙酮、異丙醇），隨共溶劑的相對分子質(zhì)量增加，聚苯胺納米纖維的纖維尺寸變長，導(dǎo)電性變好，結(jié)晶性能變好，同時熱穩(wěn)定性變高，其比電容逐漸增加。第一類共溶劑體系中性能最優(yōu)的是異丙醇共溶劑體系，制備的聚苯胺納米纖維在掃描速率為5mV/s時其比電容在可達(dá)454.6F/g。二甲基乙酰胺、二甲基甲酰

5、胺共溶劑的加入沒有提高聚苯胺的電化學(xué)性能。第三類共溶劑（二甲基亞砜、N-甲基吡咯烷酮），二甲基亞砜共溶劑制備的聚苯胺在所有樣品中性能最優(yōu)，比電容在掃描速率為5mV/s時到達(dá)869.9 F/g。N-甲基吡咯烷酮共溶劑體系制備的聚苯胺電導(dǎo)率低，電化學(xué)性差。
　　（3）聚苯胺/聚吡咯共軸納米復(fù)合纖維：以共溶劑界面聚合制備的兼具高電導(dǎo)和高結(jié)晶的聚苯胺納米纖維為模板，采用原位化學(xué)聚合法，制備出核殼結(jié)構(gòu)的聚苯胺/聚吡咯共軸納米復(fù)合纖維。使用透

6、射電子顯微鏡、傅里葉紅外光譜、激光拉曼光譜、X射線衍射、熱失重測試、電化學(xué)測試等表征手段，對納米復(fù)合纖維的結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行研究。研究表明以二甲基亞砜、異丙醇共溶劑制備的聚苯胺納米纖維經(jīng)復(fù)合得到的復(fù)合纖維具有優(yōu)異的電化學(xué)性能，在掃描速率為5mV/s時其比電容分別是397.0 F/g和429.0 F/g，比純PANi和PPy以及無共溶劑體系制備的復(fù)合纖維性能更加優(yōu)異。同時具有優(yōu)良的電化學(xué)穩(wěn)定性，在中性電解質(zhì)中經(jīng)過500次循環(huán)后比電容可分別保留