超级电容器是一种绿色无污染的新型高效储能器件,它兼具一般电容器和化学电池两者的优势,能够进行大功率充放电。电极材料是影响超级电容器性能的关键因素之一。由于具有电化学可逆性、快速的氧化还原活性、高导电性、低毒性、成本低等优点,导电高分子在超级电容器领域已成为研究热点之一。在导电高分子中,聚吲哚及其衍生物由于具有与聚吡咯和聚对苯相似的结构,而具有高的导电率、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,聚吲哚类导电高分子作为超级电容器电极材料的研究还很少。同时,吲哚衍生物种类丰富,不同取代基对聚吲哚的结构、形貌和电化学性质具有不同的影响。本论文主要是在乙腈-LiC104(0.1 M)体系中对吲哚及四种吸电子基团(羧基、氰基、硝基和醛基)取代的吲哚单体进行电聚合,并且系统研究了不同吸电子基团取代对吲哚的电聚合、聚合物结构、热重行为以及电容性能等的影响。主要研究内容有:1.通过电化学沉积法,在乙腈-LiClO4(0.1 M)体系中成功制备了聚吲哚。红外谱图结果表明,吲哚的聚合位点为吲哚单元的2、3位。电化学测试结果表明,在2.5 Ag-1条件下,聚吲哚的比电容为86 Fg-1。稳定性测试结果表明,循环1000圈之后,聚吲哚的比电容仍能保持90.8%,这说明聚吲哚作为超级电容器材料的稳定性非常好,但是其比电容不高,仍需要进行改善。2.通过简单的一步电聚合方法,我们成功的在乙腈-LiC1O4(0.1 M)体系中制备了聚(5-竣基吲哚)、聚(6-竣基吲哚)和聚(7-竣基吲哚)纳米线,而由于羧基在4位时空间位阻效应过大,所以没能成功制备聚(4-竣基吲哚)。红外谱图结果表明聚合反应发生在吲哚单元的2、3位。竣基的取代位点对羧基取代吲哚的电聚合,及其相应聚合物的纳米线直径、热稳定性、比电容和能量密度等均具有显著影响。聚(5-竣基吲哚)、聚(6-竣基吲哚)和聚(7-竣基吲哚)纳米线的直径分别为100 nm、50 nm和30 nm。最大降解温度分别为聚(7-竣基吲哚)(643K)、聚(5-竣基吲哚)(584K)和聚(6-竣基吲哚)(574K)。比电容分别为聚(7-竣基吲哚)(424Fg-1)>聚(6-竣基吲哚)(384Fg-1)>聚(5-羧基吲哚)(364 Fg-1)。在11250 W kg-1的功率密度下,能量密度分别为聚(5-羧基吲哚)(35.3Whkg-1)、聚(6-竣基吲哚)(38.5Whkg-1)和聚(7-羧基吲哚)(43.3Wh kg-1)。但是取代位点对三种羧基取代聚吲哚的循环稳定性没有明显影响。同时,聚(5-竣基吲哚)、聚(6-竣基吲哚)和聚(7-竣基吲哚)纳米线的比电容、能量密度和稳定性都非常优秀,是很有前景的超级电容器电极材料。3.通过简单的一步电聚合方法,在乙腈-LiClO4(0.1 M)体系中,我们成功的制备了聚(5-氰基吲哚)、聚(6-氰基吲哚)和聚(7-氰基吲哚)纳米线。红外光谱结果表明,氰基取代吲哚的聚合位点为吲哚单元的2、3位。氰基的取代对吲哚的电聚合,以及相应聚合物的形貌、热稳定性、电容性能均具有明显改善,此外,取代位点对三种氰基取代聚吲哚的形貌和电容性能等也有显著影响。聚(5-氰基吲哚)和聚(6-氰基吲哚)的形貌为纳米线交织的网状结构,而聚(7-氰基吲哚)的形貌相对更致密。在2.5A-1条件下,比电容大小顺序为聚(5-氰基吲哚)(493 Fg-)>聚(7-氰基吲哚)(422Fg-1)>聚(6-氰基吲哚)(302 Fg-1)。在1125 Wkg-1的功率密度下,能量密度分别为聚(5-氰基吲哚)(55.4Whkg-1),聚(6-氰基吲哚)(34.0Whkg-1)和聚(7-氰基吲哚)(47.5Whkg-1)。经过1000圈的充放电测试,聚(5-氰基吲哚)、聚(6-氰基吲哚)、聚(7-氰基吲哚)的比电容分别保持96.8%、89.4%、88.9%。结果表明,氰基取代对吲哚的电聚合及相应聚合物的形貌、电容性能等均有显著改善作用。4.通过简单的一步电沉积方法,我们在乙腈-LiC104(0.1 M)体系中成功的制备了聚(5-硝基吲哚)、聚(6-硝基吲哚)和聚(7-硝基吲哚)纳米线。红外光谱结果表明聚合反应发生在吲哚单元的2、3位。硝基的取代位点对硝基取代吲哚的电聚合,及其相应聚合物的形貌、热稳定性、电容性能均具有显著影响。聚(5-硝基吲哚)和聚(6-硝基吲哚)的形貌为疏松的纳米线状结构,而聚(7-硝基吲哚)的形貌比较致密。聚(5-硝基吲哚)和聚(6-硝基吲哚)的热稳定性比较相似,而聚(7-硝基吲哚)的热稳定性相对较差。对于比电容,在低的扫描速率或电流密度下,三者的大小顺序为聚(7-硝基吲哚)(496 Fg-1)>聚(5-硝基吲哚)(332Fg-)>聚(6-硝基吲哚)(93Fg-1);在较高的扫描速率或电流密度下,大小顺序变为聚(5-硝基吲哚)>聚(7-硝基吲哚)>聚(6-硝基吲哚)。此外,聚(5-硝基吲哚)、聚(6-硝基吲哚)、聚(7-硝基吲哚)循环1000圈后,比电容分别保留93.7%、95.7%和61.8%。这些结果说明,硝基取代对聚吲哚的热稳定性、形貌、电容性能等均有明显改善作用,同时硝基取代位点对聚吲哚的热稳定性、形貌、电容性能等也有显著影响。5.通过简单的一步电沉积方法,我们在乙腈-LiC104(0.1 M)体系中成功的制备了聚(5-醛基吲哚)、聚(6-醛基吲哚)和聚(7-醛基吲哚)纳米线,而由于醛基在4位时空间位阻效应过大,所以没能制备聚(4-醛基吲哚)。红外光谱结果表明醛基吲哚的聚合位点为吲哚单元的2、3位。醛基的取代位点对醛基取代吲哚的电聚合,以及相应聚合物的形貌、热稳定性、电容性能均具有明显影响。聚(6-醛基吲哚)和聚(7-醛基吲哚)的形貌为纳米线交织的网状结构,而聚(5-醛基吲哚)的形貌相对更致密,尽管如此,仍然比聚吲哚的形貌更疏松。而聚(6-醛基吲哚)的热稳定性要比聚(5-醛基吲哚)和聚(7-醛基吲哚)差。比电容分别为聚(7-醛基吲哚)(489Fg-1)>聚(5-醛基吲哚)(402Fg-)>聚(6-醛基吲哚)(244Fg-1)。在1000Wkg-1的功率密度下,能量密度分别为聚(5-醛基吲哚)(35.7Whkg-1)、聚(6-醛基吲哚)(21.7Whkg-1)和聚(7-醛基吲哚)(43.5Wh kg-1)。但是取代位点对三种醛基取代聚吲哚的循环稳定性没有明显影响,1000圈测试后三种导电高分子的比电容分别能保持95.4%、91.3%、93.1%。以上结果说明,醛基取代对聚吲哚的形貌和电容性能有明显改善作用,聚(5-醛基吲哚)、聚(6-醛基吲哚)和聚(7-醛基吲哚)纳米线电容性能都很优秀,是很有前景的超级电容器电极材料。