金屬氧化物-聚苯胺-碳材料三元復(fù)合材料的構(gòu)建及其在超級(jí)電容器中的應(yīng)用.pdf

1、超級(jí)電容器(Supercapacitor)是一種新型的儲(chǔ)能裝置，與傳統(tǒng)的電容器相比，它具有高能量密度、高功率密度和循環(huán)壽命長(zhǎng)等特點(diǎn);與鋰離子二次電池相比，它具有更高的能量密度和功率密度。在電子通訊、電動(dòng)汽車(chē)以及航空航天等國(guó)防科技等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。超級(jí)電容器常用的電極材料主要有:碳基材料、金屬氧化物和導(dǎo)電聚合物。本文采用兩步法合成金屬氧化物/聚苯胺/碳基三元復(fù)合材料，并通過(guò)透射電鏡(TEM)、掃描電鏡(SEM)、X-射線衍射(XRD)

2、、紅外光譜(FT-IR)、紫外-可見(jiàn)光譜(UV-vis)和拉曼光譜(Raman)等檢測(cè)手段對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征，采用循環(huán)伏安(CV)、恒電流充放電(GCD)和交流阻抗(EIS)等電化學(xué)檢測(cè)手段，進(jìn)一步研究了三種電極材料的電容特性，主要內(nèi)容如下:
　　(1)采用兩步法制備出一種三元同軸二氧化錳/聚苯胺/多壁碳納米管(MnO2/PANI/MWCNT)納米纖維。首先，在多壁碳納米管(MWCNT)表面原位氧化聚合負(fù)載聚苯胺，得到PANI/MW

3、CNT復(fù)合材料;其次，在室溫下，將KMnO4溶液與PANI/MWCNT混合反應(yīng)，得到三元同軸MnO2/PANI/MWCNT納米纖維。通過(guò)循環(huán)伏安(CV)、恒電流充放電測(cè)試以及交流阻抗(EIS)等測(cè)試方法，探究三元同軸MnO2/PANI/MWCNT納米材料的電化學(xué)性能。結(jié)果表明，該活性材料具有出法拉第贗電容的特性。對(duì)比MWCNT，PANI納米線、PANI/MWCNT以及MnO2/PANI/MWCNT復(fù)合納米纖維的電化學(xué)性能，可知三元同軸M

4、nO2/PANI/MWCNT納米纖維具有最大的比電容，當(dāng)電流密度為1A·g-1時(shí)，其比電容為348.5F·g-1，恒電流充放電2000次之后，其容量仍保持在起始容量的88.2％。電化學(xué)性能測(cè)試結(jié)果表明，在MWCNT表面負(fù)載PANI層和MnO2薄層，MnO2薄層在PANI表面原位生長(zhǎng)，不僅能有效地保護(hù)PANI層的結(jié)構(gòu)，而且能夠增大的材料的比容量，延長(zhǎng)復(fù)合材料的循環(huán)壽命。因此，本文制備的三元同軸納米結(jié)構(gòu)的MnO2/PANI/MWCNT納米纖

5、維是一種優(yōu)異的超級(jí)電容器電極材料，有利于開(kāi)發(fā)新型的輕便的儲(chǔ)能設(shè)備。
　　(2)采用兩步法制備出一種三明治層狀MnO2/PANI/RGO納米片。首先，采用原位聚合的方法將聚苯胺負(fù)載在還原石墨烯(RGO)表面，得到PANI/RGO復(fù)合納米片，在室溫下，將KMnO4溶液與PANI/RGO混合反應(yīng)，可得到三明治層狀MnO2/PANI/RGO納米片。對(duì)比各電極材料(RGO、PANI、PANI/RGO和MnO2/PANI/RGO)的比電容，可

6、以發(fā)現(xiàn)三明治層狀MnO2/PANI/RGO納米片的比電容最大。當(dāng)電流密度為0.5A·g-1時(shí)，MnO2/PANI/RGO的比電容可達(dá)到1090.2F·g-1。當(dāng)電流密度為1A·g-1時(shí)，恒電流充放電2000次之后，其容量仍保持在起始容量的86.1％。作為超級(jí)電容器的電極材料，三明治層狀MnO2/PANI/RGO納米片的比電容較大，循環(huán)壽命持久。
　　(3)采用兩步法制備出三元復(fù)合材料Fe2O3/PANI/RGO納米片。首先，在還原

7、石墨烯(RGO)表面進(jìn)行原位氧化聚合負(fù)載聚苯胺，得到PANI/RGO混合納米片，然后，在常溫下，以K2FeO4為鐵源，將K2FeO4與PANI/RGO按一定的質(zhì)量比混合攪拌反應(yīng)，即可得到Fe2O3/PANI/RGO三元復(fù)合材料。對(duì)所制得的復(fù)合材料進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，PANI可以在原位還原FeO42-得到Fe2O3納米粒子，從而得到Fe2O3/PANI/RGO三元復(fù)合材料。電化學(xué)性能測(cè)試表明Fe2O3/PANI/RGO三元復(fù)合材料