羧基化石墨烯基導(dǎo)電娶合物復(fù)合材料的制備及其超電容性能研究.pdf

1、由于具有高能量密度、高功率密度、循環(huán)壽命長等優(yōu)點(diǎn)，超級電容器在現(xiàn)代儲能系統(tǒng)中發(fā)揮著越來越重要的作用。導(dǎo)電聚合物因具有高法拉第贗電容而成為重要的超級電容器電極材料，然而其脫摻雜態(tài)下的低電導(dǎo)性、較低的電化學(xué)利用率和不穩(wěn)定的循環(huán)性能限制了導(dǎo)電聚合物實(shí)際應(yīng)用。高比表面積、卓越機(jī)械強(qiáng)度、良好電子導(dǎo)電性的羧基化石墨烯(CG)與導(dǎo)電聚合物復(fù)合可實(shí)現(xiàn)兩者的優(yōu)勢互補(bǔ)，復(fù)合材料具有良好的電化學(xué)性能。
　　本論文主要研究羧基化石墨烯基導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料

2、的制備、表征及其超電容性能，旨在獲得較高的比電容和循環(huán)壽命長的超級電容器電極材料。主要內(nèi)容及結(jié)果如下:
　　1.羧基化石墨烯(CG)表面含有羥基、環(huán)氧基和羧基等含氧官能團(tuán)，易在水溶劑中形成穩(wěn)定的懸浮液，并且易吸附單體分子制備復(fù)合材料。借助CG這種固有的優(yōu)勢，本章采用原位聚合法，在吡咯單體聚合的過程中引入CG，制備了一種新型高性能電化學(xué)電容器電極材料“羧基化石墨烯/聚吡咯(CG/PPy)復(fù)合物”，并進(jìn)一步對復(fù)合材料進(jìn)行了透射電鏡、拉

3、曼光譜、紅外光譜、X射線衍射、電化學(xué)等表征。通過物質(zhì)形貌和官能團(tuán)的變化及電流密度、阻抗、電容性能的變化發(fā)現(xiàn)，CG/PPy顯著提高了玻碳電極(GCE)在電解液中的電流響應(yīng)，降低了玻碳電極在電解液中的電阻。復(fù)合材料的比電容可達(dá)584 F/g，且經(jīng)過1000次循環(huán)后比電容仍保持初始值的81％。
　　2.以羧基化石墨烯(CG)和苯胺單體(An)為原料，過硫酸銨為引發(fā)劑，通過直接化學(xué)合成法制備了羧基化石墨烯/聚苯胺(CG/PANI)復(fù)合物。

4、實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，納米尺寸的CG提高了聚苯胺(PANI)的氧化還原反應(yīng)能力，與此同時(shí)，PANI提高了CG所貢獻(xiàn)的雙電層電容和感應(yīng)電容。電化學(xué)研究表明，CG可改善PANI在充放電過程中的電荷傳輸，CG/PANI中PANI的比電容貢獻(xiàn)值可達(dá)579 F/g，高于純PANI的比電容416 F/g。
　　3.引入一種新的電化學(xué)沉積法合成了羧基化石墨烯-聚苯胺(CG-PANI)復(fù)合物，該方法簡單、有效、操作簡便，在合成時(shí)無需加入氧化劑，避免了氧化

5、劑對實(shí)驗(yàn)造成的影響。合成出的CG-PANI中PANI的比電容貢獻(xiàn)值可達(dá)792.5 F/g，高于用直接化學(xué)法得到的結(jié)果。我們合成的復(fù)合材料具有良好的電化學(xué)穩(wěn)定性，經(jīng)過1000次連續(xù)充放電后比容量仍可保持初始值的86％，該研究為CG-PANI在超級電容器中的應(yīng)用打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
　　4.采用電沉積法制備了聚苯胺(PANI)納米粒子，調(diào)整沉積時(shí)間，可得到形貌和性質(zhì)不同的材料。實(shí)驗(yàn)證明，600秒為最佳沉積時(shí)間，此時(shí)可合成出類似于纖維狀的P