苯二胺種類對(duì)納米結(jié)構(gòu)苯胺共聚物的合成與儲(chǔ)能特性的影響.pdf

1、隨著人類社會(huì)的發(fā)展，發(fā)展新一代儲(chǔ)能元件對(duì)于減緩化石能源的消耗以及環(huán)境污染等問題顯得越來(lái)越重要。導(dǎo)電聚合物基超級(jí)電容器作為儲(chǔ)能元件以其獨(dú)特的法拉第贗電容儲(chǔ)能機(jī)理受到人們的廣泛關(guān)注。納米結(jié)構(gòu)聚苯胺(PANI)因其納米尺寸效應(yīng)、低廉價(jià)格、良好的導(dǎo)電性能、獨(dú)特的摻雜/脫摻雜機(jī)制以及較高的電化學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，而被視為一種重要的超級(jí)電容器電極材料。提高聚苯胺電極材料的電化學(xué)儲(chǔ)能性能是超級(jí)電容器電極材料研究的重要方向。本文以苯二胺與苯胺進(jìn)行共聚，采用

2、傳統(tǒng)化學(xué)氧化聚合的方法制備出納米結(jié)構(gòu)苯胺共聚物，著重研究了苯二胺的種類和過(guò)硫酸銨/三氯化鐵復(fù)合氧化劑體系對(duì)制備納米結(jié)構(gòu)苯胺共聚物的影響，并評(píng)估了納米結(jié)構(gòu)苯胺共聚物作為超級(jí)電容器電極材料的儲(chǔ)能特性。主要研究成果如下：
　　(1)苯二胺種類對(duì)苯胺共聚物反應(yīng)過(guò)程的影響：
　　分別考察了對(duì)苯二胺(pPA)、鄰苯二胺(oPA)和間苯二胺(mPA)三種苯二胺在不同比例的復(fù)合氧化劑體系引發(fā)下的反應(yīng)過(guò)程。分別將0.002 M三種苯二胺分別加

3、入到0.1 M苯胺單體鹽酸溶液中，苯胺與復(fù)合氧化劑體系的摩爾比為1:1。通過(guò)觀察反應(yīng)過(guò)程中溶液的顏色變換，發(fā)現(xiàn)對(duì)苯二胺對(duì)苯胺單體聚合具有加速效應(yīng)，而鄰苯二胺對(duì)于苯胺單體聚合有阻礙作用，間苯二胺所對(duì)應(yīng)的反應(yīng)速率介于對(duì)苯二胺和鄰苯二胺之間。研究還表明，少量三氯化鐵的引入，也能對(duì)苯胺單體聚合產(chǎn)生一定的加速效果，但會(huì)導(dǎo)致苯胺共聚物的電導(dǎo)率和產(chǎn)率下降比較明顯。進(jìn)一步通過(guò)場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡觀察，可以看出，采用對(duì)苯二胺在過(guò)硫酸銨作為引發(fā)劑時(shí)，可以得到較為

4、光滑的苯胺共聚物納米纖維，而引入三氯化鐵的復(fù)合體系，所得納米結(jié)構(gòu)為類似線圈式結(jié)構(gòu)；鄰苯二胺所對(duì)應(yīng)的苯胺共聚物表現(xiàn)為納米棒結(jié)構(gòu)，間苯二胺所對(duì)應(yīng)的苯胺共聚物也表現(xiàn)出棒狀結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)度介于對(duì)苯二胺和鄰苯二胺之間。
　　(2)苯二胺種類對(duì)苯胺共聚物結(jié)構(gòu)與性能的影響：
　　對(duì)上述制備的苯胺共聚物進(jìn)行化學(xué)結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)構(gòu)和熱穩(wěn)定性的研究?？梢园l(fā)現(xiàn)對(duì)苯二胺對(duì)于苯胺共聚物的化學(xué)結(jié)構(gòu)影響并不顯著，單純采用三氯化鐵作為氧化劑所得產(chǎn)物是低聚體，而隨著三

5、氯化鐵組分減少，所得產(chǎn)物中低聚體的含量越低；采用對(duì)苯二胺在純過(guò)硫酸銨作為氧化劑時(shí)，所制備的苯胺共聚物在所有產(chǎn)物中具有最高的熱穩(wěn)定性。鄰苯二胺對(duì)苯胺共聚物的化學(xué)結(jié)構(gòu)影響也不明顯，但鄰苯二胺的引入，提高了苯胺共聚物的有序性，所對(duì)應(yīng)的產(chǎn)物都具有較好的熱穩(wěn)定性。間苯二胺同樣對(duì)苯胺共聚物的化學(xué)結(jié)構(gòu)沒有什么明顯影響，但苯胺共聚物的有序性提高了，使用純過(guò)硫酸銨作為氧化劑制備的苯胺共聚物具有較高的熱穩(wěn)定性。
　　(3)苯二胺種類對(duì)對(duì)苯胺共聚物儲(chǔ)能

6、特性的影響：
　　分別采用循環(huán)伏安測(cè)試、恒流充放電測(cè)試和交流阻抗譜對(duì)苯胺共聚物的電化學(xué)性能進(jìn)行研究，比較了不同苯二胺在不同復(fù)合氧化劑體系下所制備苯胺共聚物的儲(chǔ)能特性；并在優(yōu)化條件下，進(jìn)一步減少苯胺單體的濃度，研究苯胺濃度對(duì)苯胺共聚物的電化學(xué)性能的影響。研究表明，0.02 M的苯胺單體濃度下，對(duì)苯二胺和鄰苯二胺在純過(guò)硫酸銨作為氧化劑時(shí)，所得到苯胺共聚物具有最高的比電容值和較好的倍率性能；而在0.05 M單體濃度下，間苯二胺所得苯胺共