聚苯胺-（氧化）石墨烯納米復(fù)合物的制備及性能研究.pdf

1、針對聚苯胺/石墨烯納米復(fù)合物制備及應(yīng)用過程中存在的問題，本論文基于“改性—復(fù)合”的研究路線，采用系列烷基季銨鹽(CnTAB)對氧化石墨進(jìn)行非共價鍵改性處理，獲得系列CnTAB插層氧化石墨樣品;采用對苯二胺(PPD)對氧化石墨烯進(jìn)行共價鍵改性處理，獲得不同還原程度和不同接枝程度的PPD接枝石墨烯;繼而以插層氧化石墨和接枝石墨烯作為前驅(qū)體，采用單體原位聚合反應(yīng)制備聚苯胺/氧化石墨烯(PANI/GOs)和聚苯胺/石墨烯(PANI/Gs)納米復(fù)

2、合物。通過XRD、FTIR、Raman、SEM、AFM、TG-DTA、四探針電阻率測試儀、三電極電化學(xué)工作站等測試手段對改性和復(fù)合過程中各階段產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)、譜學(xué)、形貌和性能進(jìn)行表征分析。
　　采用CnTAB對氧化石墨進(jìn)行非共價鍵改性時，CnTAB通過離子鍵和疏水鍵作用插層進(jìn)入氧化石墨層間，增大了氧化石墨的層間距，得到CnTAB插層氧化石墨。在插層改性過程中，CnTAB陽離子在氧化石墨層間的排布模式與其鏈長、濃度有關(guān)，分別有單層平躺、

3、嵌合雙層平躺、單層傾斜和單層直立模式;改性后所得有機氧化石墨能在乙二醇溶劑中穩(wěn)定分散，并剝離得到單層的CnTAB插層氧化石墨片層。
　　通過溶劑化作用將ANI單體引入CnTAB插層氧化石墨層間域中，繼而進(jìn)行原位聚合，將聚苯胺分子鏈通過π-π共軛作用和氫鍵力作用鍵合在插層氧化石墨片層上，得到PANI/GOs納米復(fù)合物。擁有較大面積的插層氧化石墨片層能有效阻止聚苯胺分子鏈的團聚，并使得聚苯胺分子鏈在其表面上規(guī)則生長。同時，C16TAB

4、分子可作為復(fù)合物自助裝堆疊的模板，制備具有層狀結(jié)構(gòu)的PANI/GOs納米復(fù)合物。CnTAB插層氧化石墨片層在聚苯胺基體中的均勻分散以及聚苯胺與插層氧化石墨之間的連接作用，使得PANI/GOs納米復(fù)合物的室溫電導(dǎo)率較純的聚苯胺提高一個數(shù)量級以上，其比電容也較純的聚苯胺增大近一倍。
　　采用PPD對氧化石墨烯進(jìn)行共價鍵改性時，對苯二胺基團通過酰胺鍵作用鍵合在氧化石墨烯邊緣上。同時，PPD的強還原作用能有效去除氧化石墨烯上的含氧官能團，

5、得到PPD接枝石墨烯。所得PPD接枝石墨烯具有較高的電導(dǎo)率和熱穩(wěn)定性，且能在NMP和ANI等有機溶劑中穩(wěn)定分散，并剝離成單片層結(jié)構(gòu)。
　　PPD接枝石墨烯與聚苯胺復(fù)合的過程中，接枝石墨烯邊緣上的對苯二胺基團參與到ANI單體的原位聚合反應(yīng)中，成為聚苯胺分子鏈的一部分，從而將聚苯胺與石墨烯通過酰胺鍵連接在一起。接枝石墨烯在聚苯胺基體中的均勻分散以及聚苯胺與接枝石墨烯之間的連接作用，使得PANI/Gs納米復(fù)合物的室溫電導(dǎo)率較純的聚苯胺提