聚苯胺基水凝膠以及氮摻雜炭-石墨烯的制備及性能研究.pdf

1、超級(jí)電容器作為一種新型的儲(chǔ)能裝置，因其具有高能量密度，快速充放電以及超長(zhǎng)使用壽命等特性，已經(jīng)引起國(guó)內(nèi)外廣泛的關(guān)注。其中，電極材料是決定超級(jí)電容器性能的關(guān)鍵所在，因此對(duì)電極材料的研究始終是該領(lǐng)域的重點(diǎn)。聚苯胺及其復(fù)合凝膠由于它們獨(dú)特的導(dǎo)電三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)、高比表面積、快速的電子/離子運(yùn)輸速率而成為研究的熱點(diǎn)。高氮摻雜量以及適宜密度的炭基電極材料由于其具有較高的贗電容以及優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性而成為超級(jí)電容器的理想電極材料之一。本文合成了四種不同形貌

2、的聚苯胺及其復(fù)合凝膠以及密度可控和高氮摻雜量的三種多孔炭/石墨烯，并對(duì)其性能進(jìn)行了研究。具體研究?jī)?nèi)容概述如下:
　　(1)通過氧化聚合苯胺(Aniline)和水熱反應(yīng)過程制備了樹枝狀聚苯胺水凝膠(PDH);并在PDH的合成過程中引入對(duì)苯二胺(PPD)制備了長(zhǎng)納米纖維狀聚苯胺水凝膠(PFH);同時(shí)在PDH和PFH的合成過程中引入氧化石墨烯(GO)分別制備了樹枝狀聚苯胺納米纖維/石墨烯水凝膠(PGH)和長(zhǎng)納米纖維狀聚苯胺/氮摻雜石墨烯

3、水凝膠(PN GH)。PPD的引入不但可以控制聚苯胺的形貌從樹枝狀變成長(zhǎng)納米纖維狀，而且有利于GO轉(zhuǎn)化為氮摻雜石墨烯。直接切片的凝膠電極表現(xiàn)出了優(yōu)異的電化學(xué)性能:在電流密度為1 Ag-1時(shí)PDH，PFH，PGH和PNGH的比電容值可分別達(dá)到448.6，470，540.9和610 F g-1;當(dāng)電流密度增加到20 A g-1，其比電容值仍能分別保持為262.5，265，300和350F g-1;在超高電流密度為20 A g-1的條件下經(jīng)過

4、1000次循環(huán)后，PDH，PFH，PGH和PNGH的比電容值仍能分別保持為其初始值的53.0％，64.7％，92.6％和94.4％。此外，經(jīng)冷凍干燥后，PDH和PGH的最大抗壓強(qiáng)度可以分別達(dá)到9.5和9.6 KPa，而由聚苯胺長(zhǎng)納米纖維構(gòu)成的PFH和PNGH的最大抗壓可分別達(dá)到79.9和75.8 KPa，體現(xiàn)了優(yōu)異的力學(xué)性能。
　　(2)通過直接裂解由GO和4，4'-聯(lián)吡啶(BPD)分別與金屬氯化物(CuCl2，F(xiàn)eCl3和ZnC

5、l2)發(fā)生配位絡(luò)合反應(yīng)而形成的GO/金屬-有機(jī)配位聚合物(MOCP)復(fù)合物，制備了三種高氮摻雜量的多孔炭/石墨烯電極材料(NCGCu，NCGFe和NCGZn)。所制備的NCGCu，NCGFe和NCGZn的氮摻雜量可以分別達(dá)到10.68，12.99，11.21 at.％;密度可分別達(dá)到1.52，0.84和1.159 cm-3。當(dāng)用作超級(jí)電容器電極材料時(shí)均體現(xiàn)了優(yōu)異的電化學(xué)性能:在電流密度為0.5 A g-1條件下，NCGCu，NCGFe和