金屬離子摻雜聚苯胺及復(fù)合氧化石墨烯的制備和電容特性研究.pdf

1、作為導(dǎo)電聚合物的一種，聚苯胺（PANI）具有良好的物理化學(xué)穩(wěn)定性、較高的氧化還原贗電容特性、獨特的質(zhì)子酸摻雜/去摻雜機(jī)制，并且價格便宜，原料易得，已成為近年來人們在超級電容器電極材料上的研究熱點。然而，隨著充放電循環(huán)過程中時間的延長，其體積容易發(fā)生變化，導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)出現(xiàn)溶脹和收縮行為，從而使得其循環(huán)穩(wěn)定性較差，限制了其作為超級電容器電極材料的進(jìn)一步應(yīng)用。而通過利用過渡金屬離子和碳基材料對聚苯胺進(jìn)行化學(xué)或電化學(xué)摻雜改性以及復(fù)合，可有效的提高

2、聚苯胺電極材料的電化學(xué)電容特性，并改善其相對較差的循環(huán)穩(wěn)定性。本論文通過化學(xué)界面聚合法和電化學(xué)循環(huán)伏安法制備出PANI，利用Zr4+、Ag+和氧化石墨烯分別對其進(jìn)行復(fù)合摻雜改性，并對摻雜改性以及復(fù)合后的PANI，從結(jié)構(gòu)、形貌以及電化學(xué)性能等方面分別進(jìn)行了研究，主要內(nèi)容如下：
　?。?）以過硫酸銨為氧化劑（APS），甲苯作為有機(jī)相，無機(jī)質(zhì)子酸（H2SO4、HNO3）作為無機(jī)相，苯胺為單體，Zr4+和Ag+分別為摻雜劑，采用界面聚合法

3、分別合成了鋯離子摻雜聚苯胺（PANI/Zr4+）和銀離子摻雜聚苯胺（PANI/Ag+）的復(fù)合電極材料，利用FT-IR、XRD、SEM和XPS等檢測方法對樣品的形貌和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，研究了不同摻雜濃度的Zr4+、Ag+對PANI電極材料的電化學(xué)性能的影響。結(jié)果表明：當(dāng)電流密度為5 mA cm-2時，0.08 mol L-1 Zr4+和0.12 mol L-1 Ag+摻雜改性聚苯胺電極材料的比電容分別達(dá)到416 F g-1和529 Fg-1

4、，循環(huán)500次其比電容的保持率分別為54％和51%，相對無Zr4+和Ag+摻雜改性的PANI的電極容量（297 Fg-1和256 Fg-1）和比電容的保持率（9%和4%），其電化學(xué)電容特性和循環(huán)穩(wěn)定性均有了一定程度的提高和改善，說明了Zr4+和Ag+的摻入能有效的改善PANI的電化學(xué)性能。
　?。?）以硝酸溶液作為介質(zhì)，苯胺作為單體，Ag+作為摻雜劑，采用電化學(xué)循環(huán)伏安法合成了Ag+摻雜改性聚苯胺的復(fù)合電極材料，利用FT-IR、X

5、RD和SEM等檢測手段對電極材料的形貌和結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行了表征，并且研究了不同摻雜濃度下的Ag+對聚苯胺電極材料的電化學(xué)性能的影響。結(jié)果表明：濃度為0.12 mol L-1的Ag+摻雜改性聚苯胺電極材料在電流密度為3 mA cm-2時的比電容達(dá)1000 Fg-1，循環(huán)1000次后，比電容的保持率為71%，相對于無Ag+摻雜的PANI（比電容和比電容的保持率分別為591 Fg-1和46%），其電化學(xué)性能有了較大程度的改善。
　?。?）在

6、硫酸介質(zhì)中以苯胺為單體，以Zn2+和不同濃度的自制的氧化石墨烯（GO）為摻雜劑，采用電化學(xué)循環(huán)伏安法制備了鋅離子摻雜聚苯胺并復(fù)合氧化石墨烯(Zn2+/PANI/GO)的薄膜電極材料，利用FT-IR、XRD、Raman、SEM和TEM等檢測手段對電極材料的形貌和結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行了表征，同時對電極材料的電化學(xué)性能進(jìn)行了相應(yīng)的研究。結(jié)果表明：Zn2+摻雜有助于提高聚苯胺的導(dǎo)電性，氧化石墨烯高的比表面積有助于增強(qiáng)聚苯胺的循環(huán)穩(wěn)定性，當(dāng)電流密度為3