聚吡咯基納米復合電極材料的研究.pdf

1、導電高分子聚吡咯因其特殊的結構和物理化學性能在能源儲存、分子器件及金屬防腐等多個領域倍受關注。作為儲能器件的電極材料，聚吡咯具有良好的導電性、較強的電荷貯存能力、良好的環(huán)境穩(wěn)定性等優(yōu)點，但與電化學聚合相比，采用化學氧化聚合法制備的聚吡咯所表現出來的電化學性能并不理想，比電容偏低。實驗表明聚吡咯基的納米復合材料可以有效地改善其電容特性。本文分別以原位化學聚合法制備了聚吡咯/多壁碳納米管(PPy-MWNTs)和聚吡咯/氫氧化鎳(PPy-Ni

2、(OH)2)納米復合材料，并通過共混方式制備了PPy-MWNTs-Ni(OH)2三元納米復合電極材料。本文的研究結果總結如下:
　　 (1)聚吡咯厚度與電解液對聚吡咯/多壁碳納米管(PPy-MWNTs)復合體系電化學性能的影響:通過控制多壁碳納米管與吡咯單體的質量比，可以控制PPy-MWNTs納米復合體系中聚吡咯殼層的厚度，發(fā)現當碳納米管含量為40％時，復合體系的電化學性能最優(yōu)。在1mV/s掃描速率下，其比電容達602F/g;且

3、體系具有較好的循環(huán)穩(wěn)定性，循環(huán)500次后，比電容衰減為初始值的77.1％;通過考察復合電極材料在酸性電解液(0.1MH2SO4)、中性電解液（0.1MNa2SO4和0.1MK2SO4)、堿性電解液（0.1MNaOH和0.1MKOH）及混合電解液(0.05MNaOH+0.05MNa2SO4)中的電化學性能，討論了電解液種類對其電化學性能的影響，并采用阻抗法探討了不同電解液中復合電極材料的電化學過程。
　　 (2)聚吡咯/氫氧化鎳(

4、PPy-Ni(OH)2)納米復合材料:以水合肼為堿液、硝酸鎳為鎳源，采用水熱法合成了β-Ni(OH)2，制備過程未使用模板，方法簡單方便。改變水熱反應條件，發(fā)現隨著固含量的減少，納米粒子的尺寸逐漸減小，但其晶型結構并沒有發(fā)生變化;隨著pH值的增大，納米粒子的形狀由六角形向橢圓狀轉變。分別在超聲攪拌條件下，采用原位化學氧化聚合法實現聚吡咯與不同形貌的氫氧化鎳的復合。實驗表明采用較小粒徑的β-Ni(OH)2與聚吡咯納米復合材料具有較好的電化

5、學性能。當氫氧化鎳（粒徑約為40nm）與吡咯單體的質量比為1∶4時，PPy-Ni(OH)2復合材料的電化學性能最優(yōu)，在1mV/s掃描速率下比電容達475.3F/g。循環(huán)500次后比電容衰減為初始值的59.5％。
　　 (3)PPy-MWNTs-Ni(OH)2三元納米復合電極材料:將最優(yōu)化的PPy-MWNTs和PPy-Ni(OH)2兩種納米復合體系物理共混制備了PPy-MWNTs-Ni(OH)2三元納米復合材料。研究表明PPy-M

6、WNTs與PPy-Ni(OH)2的質量比為1∶3時，復合材料的電化學性能最優(yōu)。在1mV/s的掃描速率下在0.5MKOH+0.5MNa2SO4混合電解液中比電容達789.4F/g。在10mV/s的掃描速率下，循環(huán)500次后衰減為初始值的29.1％。相對于二元納米復合電極材料，三元材料的電化學性能得到有效的提高，其根源可以歸結于三元復合體系有效地發(fā)揮了各自組分的優(yōu)勢與協(xié)同作用，其中多壁碳納米管在三元復合體系中呈三維網絡結構，提供了良好的電子