摻雜聚吡咯及其復(fù)合材料的電化學(xué)合成與電化學(xué)性能研究.pdf

1、面對(duì)目前越來(lái)越嚴(yán)峻的能源問題，人們急于尋求一種高效的儲(chǔ)能裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)能量的有效利用。超級(jí)電容器的出現(xiàn)改變了二次電池功率密度低和普通電容器能量密度低的限制，成為各領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。電極材料的選擇決定著超級(jí)電容器性能的優(yōu)劣。導(dǎo)電高分子聚吡咯（PPy）由于具有成本低、合成方法簡(jiǎn)單、氧化電位低和穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，因而是超級(jí)電容器中研究較為普遍的一種電極材料。本征態(tài)聚吡咯導(dǎo)電性較差，但其處于摻雜態(tài)時(shí)導(dǎo)電性提高，電化學(xué)活性增強(qiáng)。為了優(yōu)化聚吡咯的電化學(xué)性能

2、，本文通過循環(huán)伏安法在酸性體系中合成了摻雜聚吡咯和多壁碳納米管改性的摻雜聚吡咯電極材料，采用傅里葉變換紅外光譜（FT-IR）、X射線衍射（XRD）、場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡（SEM）、透射電子顯微鏡（TEM）和X射線光電子能譜（XPS）對(duì)其結(jié)構(gòu)和形貌進(jìn)行表征，并通過循環(huán)伏安（CV）、恒流充放電（GCD）、交流阻抗（EIS）等測(cè)試方法對(duì)其電化學(xué)性能進(jìn)行了研究。主要內(nèi)容如下：
　　（1）分別以H2SO4和HNO3作為聚合電解液，通過循環(huán)伏安法在

3、不銹鋼網(wǎng)上合成了質(zhì)子酸摻雜的聚吡咯（PPy）。研究了其微觀形貌、結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能。結(jié)果表明，PPy/HNO3電極材料具有疏松多孔的珊瑚狀結(jié)構(gòu)，而PPy/H2SO4呈現(xiàn)出菜花狀結(jié)構(gòu)；電流密度為5mA cm-2時(shí)，在0.5mol L-1（M）H2SO4電解液中，PPy/0.5M HNO3比電容為596F g-1，循環(huán)1000次后比電容保持了95.9%，在1.0M HNO3電解液中，PPy/0.1M H2SO4比電容為442F g-1，循環(huán)1

4、000次后比電容保持了70.6%，相比之下，HNO3摻雜后的聚吡咯電極材料表現(xiàn)出更優(yōu)異的電化學(xué)性能。
　?。?）在硫酸介質(zhì)中以吡咯為單體，以三種不同過渡金屬離子（Ni2+、Fe2+和Cu2+）為摻雜劑，采用循環(huán)伏安法在不銹鋼網(wǎng)上合成了三種過渡金屬離子摻雜的聚吡咯電極材料。研究了其電化學(xué)性能，并探討了過渡金屬離子的性質(zhì)對(duì)聚吡咯性能的影響。結(jié)果表明，電流密度為5mA cm-2時(shí)，在1.0M HNO3電解液中，PPy/0.1M Ni2+

5、、PPy/0.5M Fe2+和PPy/0.1M Cu2+電極材料的比電容分別為517、679和764F g-1，循環(huán)1000次后比電容分別保持了80.5%、82.7%和83.8%。過渡金屬離子半徑越小，離子勢(shì)越大，電極材料的比電容越大。
　?。?）在上述（2）的基礎(chǔ)上，采用混酸處理的多壁碳納米管（MWCNTs）浸漬不銹鋼網(wǎng)，并用循環(huán)伏安法在其上制備了Cu2+摻雜的聚吡咯/多壁碳納米管復(fù)合電極材料。系統(tǒng)研究了碳納米管的引入對(duì)聚吡咯電