【摘 要】
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日益增长的可再生清洁能源的需求推动了超级电容器的广泛研究与应用。作为超级电容器较为重要的一类电极材料,导电聚合物具有电化学可逆性、快速的氧化还原活性、高导电性、低毒性、成本低等优点,使其在超级电容器领域已成为研究热点之一。吲哚结合了苯环和吡咯环的结构而使聚吲哚及其衍生物具有类似聚吡咯和聚对苯的性质,如好的稳定性、电化学可逆性等优点,因此受到了越来越多的关注,然而,聚吲哚类导电聚合物作为超级电容器电
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日益增长的可再生清洁能源的需求推动了超级电容器的广泛研究与应用。作为超级电容器较为重要的一类电极材料,导电聚合物具有电化学可逆性、快速的氧化还原活性、高导电性、低毒性、成本低等优点,使其在超级电容器领域已成为研究热点之一。吲哚结合了苯环和吡咯环的结构而使聚吲哚及其衍生物具有类似聚吡咯和聚对苯的性质,如好的稳定性、电化学可逆性等优点,因此受到了越来越多的关注,然而,聚吲哚类导电聚合物作为超级电容器电极材料的研究还很少。不同取代基团及取代位置对聚吲哚的形貌结构以及电化学性能具有不同的影响。氟作为一种具有最大电负性、除氢外最小的原子半径的特点而被广泛关注,氟化的聚合物也被广泛研究与应用。本论文通过电合成方法制备了聚吲哚及一系列氟化的聚吲哚,并系统研究了氟取代位置、数目对聚吲哚的电合成行为、形貌结构、热重行为以及电容性能等的影响。研究的主要内容如下:1.通过电化学聚合的方法,在乙腈-四丁基四氟硼酸铵(0.1 M)体系中成功制备了聚吲哚。红外光谱证明了吲哚的聚合位点为吲哚吡咯环上的2、3位。电化学测试结果表明,在电流密度为18 A g-1时,聚吲哚的比电容为112 F g-1。经过5000次的充放电循环测试,它的电容保留率为68%。以上结果证明聚吲哚作为超级电容器电极材料具有较低的比电容以及差的稳定性,仍需要进一步改善。2.采用一步电化学聚合的方法,在乙腈-四丁基四氟硼酸铵(0.1 M)体系中成功制备了聚(5-氟吲哚)纳米纤维、聚(6-氟吲哚)纳米纤维和聚(7-氟吲哚)纳米棒。红外谱图表明,他们的聚合位点为吲哚吡咯环上的2、3位。通过电化学测试发现,在电流密度为18 A g-1时,聚(5-氟吲哚)、聚(6-氟吲哚)和聚(7-氟吲哚)的比电容分别为432 F g-1、528 F g-1、399 F g-1。经过5000次的充放电循环测试,它们的电容保留率分别为84%、78%、71%。与未取代的聚吲哚相比,单氟取代聚吲哚的热稳定性、电容性能和循环稳定性均得到了提高。3.采用电化学聚合的方法,在乙腈-四丁基四氟硼酸铵(0.1 M)体系中成功制备了聚(4,6-双氟吲哚)纳米片和聚(5,6-双氟吲哚)纳米线。红外谱图表明,他们的聚合位点为吲哚吡咯环上的2、3位。电化学测试结果表明,聚(4,6-双氟吲哚)和聚(5,6-双氟吲哚)的比电容分别为261 F g-1和291 F g-1。经过5000次的充放电测试,它们的电容保留率分别为86%、82%。与未取代的聚吲哚相比,双氟取代聚吲哚的热稳定性、电容性能和循环稳定性均得到了提高,且双氟取代的聚吲哚具有更好的循环稳定性。4.通过电化学沉积法,在二氯甲烷-四丁基四氟硼酸铵(0.1 M)体系中成功制备了聚(5-三氟甲基吲哚)和聚(6-三氟甲基吲哚)。SEM图显示,聚(5-三氟甲基吲哚)是具有较多锯齿排列的梳子状结构,聚(6-三氟甲基吲哚)是具有较多空腔的花状结构。红外谱图表明,他们的聚合位点为吲哚吡咯环上的2、3位。通过电化学测试发现,聚(5-三氟甲基吲哚)和聚(6-三氟甲基吲哚)的比电容分别为290 F g-1和306 F g-1。经过5000次的充放电测试,它们的电容保留率分别为91%、89%。与聚吲哚相比,三氟取代的甲基聚吲哚具有更高的热稳定性、电容性能和循环稳定性。
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