聚吡咯基納米復(fù)合電極材料的研究.pdf

1、導(dǎo)電高分子聚吡咯因其特殊的結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性能在能源儲存、分子器件及金屬防腐等多個領(lǐng)域倍受關(guān)注。作為儲能器件的電極材料，聚吡咯具有良好的導(dǎo)電性、較強的電荷貯存能力、良好的環(huán)境穩(wěn)定性等優(yōu)點，但與電化學(xué)聚合相比，采用化學(xué)氧化聚合法制備的聚吡咯所表現(xiàn)出來的電化學(xué)性能并不理想，比電容偏低。實驗表明聚吡咯基的納米復(fù)合材料可以有效地改善其電容特性。本文分別以原位化學(xué)聚合法制備了聚吡咯/多壁碳納米管(PPy-MWNTs)和聚吡咯/氫氧化鎳(PPy-Ni

2、(OH)2)納米復(fù)合材料，并通過共混方式制備了PPy-MWNTs-Ni(OH)2三元納米復(fù)合電極材料。本文的研究結(jié)果總結(jié)如下:
　　 (1)聚吡咯厚度與電解液對聚吡咯/多壁碳納米管(PPy-MWNTs)復(fù)合體系電化學(xué)性能的影響:通過控制多壁碳納米管與吡咯單體的質(zhì)量比，可以控制PPy-MWNTs納米復(fù)合體系中聚吡咯殼層的厚度，發(fā)現(xiàn)當(dāng)碳納米管含量為40％時，復(fù)合體系的電化學(xué)性能最優(yōu)。在1mV/s掃描速率下，其比電容達(dá)602F/g;且

3、體系具有較好的循環(huán)穩(wěn)定性，循環(huán)500次后，比電容衰減為初始值的77.1％;通過考察復(fù)合電極材料在酸性電解液(0.1MH2SO4)、中性電解液（0.1MNa2SO4和0.1MK2SO4)、堿性電解液（0.1MNaOH和0.1MKOH）及混合電解液(0.05MNaOH+0.05MNa2SO4)中的電化學(xué)性能，討論了電解液種類對其電化學(xué)性能的影響，并采用阻抗法探討了不同電解液中復(fù)合電極材料的電化學(xué)過程。
　　 (2)聚吡咯/氫氧化鎳(

4、PPy-Ni(OH)2)納米復(fù)合材料:以水合肼為堿液、硝酸鎳為鎳源，采用水熱法合成了β-Ni(OH)2，制備過程未使用模板，方法簡單方便。改變水熱反應(yīng)條件，發(fā)現(xiàn)隨著固含量的減少，納米粒子的尺寸逐漸減小，但其晶型結(jié)構(gòu)并沒有發(fā)生變化;隨著pH值的增大，納米粒子的形狀由六角形向橢圓狀轉(zhuǎn)變。分別在超聲攪拌條件下，采用原位化學(xué)氧化聚合法實現(xiàn)聚吡咯與不同形貌的氫氧化鎳的復(fù)合。實驗表明采用較小粒徑的β-Ni(OH)2與聚吡咯納米復(fù)合材料具有較好的電化

5、學(xué)性能。當(dāng)氫氧化鎳（粒徑約為40nm）與吡咯單體的質(zhì)量比為1∶4時，PPy-Ni(OH)2復(fù)合材料的電化學(xué)性能最優(yōu)，在1mV/s掃描速率下比電容達(dá)475.3F/g。循環(huán)500次后比電容衰減為初始值的59.5％。
　　 (3)PPy-MWNTs-Ni(OH)2三元納米復(fù)合電極材料:將最優(yōu)化的PPy-MWNTs和PPy-Ni(OH)2兩種納米復(fù)合體系物理共混制備了PPy-MWNTs-Ni(OH)2三元納米復(fù)合材料。研究表明PPy-M

6、WNTs與PPy-Ni(OH)2的質(zhì)量比為1∶3時，復(fù)合材料的電化學(xué)性能最優(yōu)。在1mV/s的掃描速率下在0.5MKOH+0.5MNa2SO4混合電解液中比電容達(dá)789.4F/g。在10mV/s的掃描速率下，循環(huán)500次后衰減為初始值的29.1％。相對于二元納米復(fù)合電極材料，三元材料的電化學(xué)性能得到有效的提高，其根源可以歸結(jié)于三元復(fù)合體系有效地發(fā)揮了各自組分的優(yōu)勢與協(xié)同作用，其中多壁碳納米管在三元復(fù)合體系中呈三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提供了良好的電子