聚苯胺及其复合材料的制备与电化学性能研究

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聚苯胺因具有优异的电化学性能、良好的化学稳定性、独特的掺杂机制、合成方法简单、原料廉价易得而成为最具应用前景的导电高分子材料。但是聚苯胺加工性能差,在充放电过程中会发生离子的嵌入/脱嵌而使得其体积发生变化,造成容量衰减,循环稳定性比较差,并且聚苯胺结构分散性大,粘结性差,这些缺点严重限制了聚苯胺的发展,目前研究人员不断探求将其他材料与聚苯胺进行复合,以改善其上述缺点,并希望获得性能更加优异的新材料。石墨烯是一种几乎具有完美晶体结构的二维材料,它结构稳定性好,比表面积高,机械强度高,导电、导热性能好,具有良好的电学、力学、热学和光学性质。将石墨烯与聚苯胺结合起来,以解决聚苯胺所存在的上述问题,以期制备出电化学性能优良、稳定性高的石墨烯/聚苯胺复合材料。具体内容如下:  (1)氧化石墨具有二维层状结构,卓越的溶胀、插层以及离子交换性能,并且氧化石墨表面含有大量的含氧官能团,充分利用氧化石墨的这种优势,采用原位化学氧化聚合的方法,制备氧化石墨/聚苯胺复合材料,对材料进行傅里叶红外光谱、X-射线衍射、扫描电子显微镜表征,并将材料组装成超级电容器和锂离子电池进行电化学性能测试。在超级电容器中,以1mol/L的H2SO4溶液为电解液,100mA/g的充放电电流密度下,氧化石墨/聚苯胺放电容量为413.28F/g,远高于纯PANI的322.56F/g,1000次循环后,容量保持率为63%;在锂离子电池中,0.1C充放电结果显示,氧化石墨/聚苯胺的放电比容量达到104.4mAh/g,50次循环后,放电比容量仍高达103.7mAh/g,容量保持率为99.3%,容量几乎不衰减。  (2)由于石墨烯的导电性远大于氧化石墨,所以采用原位化学氧化聚合的方法将石墨烯与聚苯胺进行复合,制备出石墨烯/聚苯胺复合材料,并组装成电容器进行电化学性能测试,复合材料的放电比容量高达691.2F/g,远高于纯PANI的322.56F/g,说明石墨烯的加入能够大大提高聚苯胺材料的电化学性能。
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