具有核殼結(jié)構(gòu)的納米復(fù)合電極材料的設(shè)計與性能優(yōu)化.pdf

1、作為超級電容器電極材料的導(dǎo)電聚合物（聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩）可以制作成具有成本低廉、儲能容量高、充放電時間短、環(huán)境友好和安全性高等優(yōu)點的超級電容器，尤其是這類材料具備輕質(zhì)、柔性和可加工的特性，從而受到了廣泛的關(guān)注，其中納米結(jié)構(gòu)導(dǎo)電聚合物材料及導(dǎo)電聚合物與無機納米材料的復(fù)合是超級電容器電極材料研究的重要發(fā)展方向。聚吡咯具有好的電化學(xué)可逆性與高的摻雜能力，良好的熱穩(wěn)定性和環(huán)境適應(yīng)的優(yōu)點，但單體價格昂貴且反應(yīng)難控制;而聚苯胺合成工藝簡單、成本

2、低廉、可逆的質(zhì)子摻雜機制，具有良好的導(dǎo)電性和優(yōu)良的環(huán)境穩(wěn)定性，但導(dǎo)電性和熱穩(wěn)定性較聚吡咯差，且只適合在酸性電解液中工作。
　　本工作中通過納米核殼結(jié)構(gòu)設(shè)計將聚苯胺和聚吡咯實現(xiàn)有機復(fù)合，構(gòu)筑成新型低維有序結(jié)構(gòu)的納米復(fù)合電極體系。該體系結(jié)合了聚苯胺和聚吡咯的優(yōu)異性能，并因兩者間共軛作用而表現(xiàn)出顯著的協(xié)同效應(yīng)，可以以此制備出具有高比電容和環(huán)境友好的超級電容器復(fù)合電極材料;為了進一步優(yōu)化聚苯胺/聚吡咯納米復(fù)合材料的性能，我們引入了具有導(dǎo)電

3、性好、循環(huán)穩(wěn)定性好且熱穩(wěn)定性好的碳納米管，構(gòu)筑了具有雙重核殼結(jié)構(gòu)的碳納米管/聚苯胺/聚吡咯納米復(fù)合材料;并通過電化學(xué)阻抗法分析了體系中電荷的傳遞機理，優(yōu)化了復(fù)合體系的結(jié)構(gòu)與性能。
　　本論文主要內(nèi)容如下:
　　1.采用快速聚合法制備出聚苯胺納米纖維，并以納米纖維為種子，在超聲輔助作用下原位制備出一系列具有不同殼層厚度的聚苯胺/聚吡咯納米纖維;采用FE-SEM、TEM、FTIR、XRD、TGA等分析手段研究了材料的形貌與結(jié)構(gòu)，

4、采用電化學(xué)測試表征了材料電化學(xué)性能;提出了在聚苯胺納米纖維表面發(fā)生聚吡咯原位聚合、形成具有核殼結(jié)構(gòu)的納米復(fù)合材料的機理;電化學(xué)分析表明復(fù)合電極材料的電容值比純的聚苯胺和聚吡咯有明顯提高，且適用于中性電解液，環(huán)境友好。
　　2.用濃鹽酸處理多壁碳納米管以去除雜質(zhì)和減少其表層缺陷，并以少表面缺陷的碳納米管為模板先進行苯胺單體的原位化學(xué)氧化復(fù)合，得到形貌均一的碳納米管/聚苯胺納米纖維，再以此核殼結(jié)構(gòu)的納米纖維為種子，在超聲輔助作用下原位

5、化學(xué)氧化合成出一系列具有不同殼層聚吡咯厚度的碳納米管/聚苯胺/聚吡咯納米纖維;采用FE-SEM、FTIR、XRD、TGA等分析手段研究了材料的形貌與結(jié)構(gòu)，采用電化學(xué)測試方法研究了復(fù)合材料的電化學(xué)行為;提出了形成雙重核殼結(jié)構(gòu)的合成機理;研究表明碳納米管的引入提高了聚苯胺/聚吡咯納米纖維的導(dǎo)電性和穩(wěn)定性，尤其是三者間的強相互共軛作用顯著提高了納米復(fù)合體系的電化學(xué)性能，增強了體系的循環(huán)穩(wěn)定性。
　　3.采用電化學(xué)阻抗測試法研究了聚苯胺/