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

1、隨著人類社會的發(fā)展，發(fā)展新一代儲能元件對于減緩化石能源的消耗以及環(huán)境污染等問題顯得越來越重要。導電聚合物基超級電容器作為儲能元件以其獨特的法拉第贗電容儲能機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)、低廉價格、良好的導電性能、獨特的摻雜/脫摻雜機制以及較高的電化學穩(wěn)定性等優(yōu)點，而被視為一種重要的超級電容器電極材料。提高聚苯胺電極材料的電化學儲能性能是超級電容器電極材料研究的重要方向。本文以苯二胺與苯胺進行共聚，采用

2、傳統(tǒng)化學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硫酸銨/三氯化鐵復合氧化劑體系對制備納米結(jié)構(gòu)苯胺共聚物的影響，并評估了納米結(jié)構(gòu)苯胺共聚物作為超級電容器電極材料的儲能特性。主要研究成果如下：
　　(1)苯二胺種類對苯胺共聚物反應(yīng)過程的影響：
　　分別考察了對苯二胺(pPA)、鄰苯二胺(oPA)和間苯二胺(mPA)三種苯二胺在不同比例的復合氧化劑體系引發(fā)下的反應(yīng)過程。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，苯胺與復合氧化劑體系的摩爾比為1:1。通過觀察反應(yīng)過程中溶液的顏色變換，發(fā)現(xiàn)對苯二胺對苯胺單體聚合具有加速效應(yīng)，而鄰苯二胺對于苯胺單體聚合有阻礙作用，間苯二胺所對應(yīng)的反應(yīng)速率介于對苯二胺和鄰苯二胺之間。研究還表明，少量三氯化鐵的引入，也能對苯胺單體聚合產(chǎn)生一定的加速效果，但會導致苯胺共聚物的電導率和產(chǎn)率下降比較明顯。進一步通過場發(fā)射掃描電鏡觀察，可以看出，采用對苯二胺在過硫酸銨作為引發(fā)劑時，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)，間苯二胺所對應(yīng)的苯胺共聚物也表現(xiàn)出棒狀結(jié)構(gòu)，長度介于對苯二胺和鄰苯二胺之間。
　　(2)苯二胺種類對苯胺共聚物結(jié)構(gòu)與性能的影響：
　　對上述制備的苯胺共聚物進行化學結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)構(gòu)和熱穩(wěn)定性的研究?？梢园l(fā)現(xiàn)對苯二胺對于苯胺共聚物的化學結(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；采用對苯二胺在純過硫酸銨作為氧化劑時，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。鄰苯二胺對苯胺共聚物的化學結(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，所對應(yīng)的產(chǎn)物都具有較好的熱穩(wěn)定性。間苯二胺同樣對苯胺共聚物的化學結(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)苯二胺種類對對苯胺共聚物儲能

6、特性的影響：
　　分別采用循環(huán)伏安測試、恒流充放電測試和交流阻抗譜對苯胺共聚物的電化學性能進行研究，比較了不同苯二胺在不同復合氧化劑體系下所制備苯胺共聚物的儲能特性；并在優(yōu)化條件下，進一步減少苯胺單體的濃度，研究苯胺濃度對苯胺共聚物的電化學性能的影響。研究表明，0.02 M的苯胺單體濃度下，對苯二胺和鄰苯二胺在純過硫酸銨作為氧化劑時，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