聚苯胺纳米纤维不但具有聚苯胺的成本低廉、合成简单、电导率可调和环境友好等优点,还可以很好地体现一维纳米材料的高长径比、高比表面积和孔隙率等特点,对于开发高性能的电极材料和推动超级电容器的发展具有深远意义。作为聚苯胺的本质形貌,纳米纤维的合成已得到众多研究,但由于化学反应迅速、聚合机理复杂,聚苯胺纳米纤维的形貌控制仍然是一项重要的挑战。一般说来,聚苯胺纳米纤维的形成可以分为成核-生长-二次生长等阶段,且不同阶段都是连续进行的,进一步提高了纳米纤维生长调控的难度。因此,本论文以聚苯胺纳米纤维的可控生长为目标,将聚苯胺的成核-生长过程分离开来,设计了几种控制初期种子结构和形状的方法,再调控后续过程中的生长速率,实现了聚苯胺纳米纤维的可控制备。通过优化聚苯胺纳米纤维的合成工艺,提高其形貌均匀性和可控度,探索其作为电极材料在超级电容器领域的应用。本论文主要研究内容如下:1.苯二胺诱导制备聚苯胺纳米纤维研究表明,种子的引入可以改善成核过程,加强对聚合过程的控制。因此,本论文以苯二胺为诱导剂,通过改变苯二胺种类,如邻苯二胺(oPDA)、间苯二胺(mPDA)和对苯二胺(pPDA),探究其对聚合进程、产物形貌、化学结构和电化学性能等方面的影响。通过比较可以发现,oPDA和mPDA会减缓聚合进程,pPDA则会加速苯胺的氧化反应速率,且抑制/促进效果随着苯二胺含量的增加而更加明显。通过形貌观察发现,在不同种类和浓度的苯二胺条件下,均可以制备出直径80—100 nm、长度微米级的聚苯胺纳米纤维。结构表征说明不同构型苯二胺的引入对于聚苯胺分子链造成了一定的影响,oPDA和mPDA会改变聚苯胺的平面构型,降低分子链的规整度,而pPDA的影响不大。电化学性能测试表明,在摩尔质量为2%oPDA、2%mPDA和1%pPDA的条件下,聚苯胺纳米纤维表现出良好的电化学性能,在电流密度为0.5 A/g时,电容值分别达到395.1F/g、408.2 F/g和389.5 F/g。2.流动聚合制备聚苯胺纳米纤维种子的结构最终会体现到聚苯胺产物的结构和性能上,本章节采用流动聚合的方式,在流动状态和受限空间内合成种子,可以有效地控制聚合过程。通过优化流动速率和苯胺单体浓度,研究其对聚苯胺产物的形貌、结构和电化学性能的影响。结果表明,流动管内苯胺浓度(An1)和后续加入苯胺浓度(An2)对最终产物的尺寸具有较明显影响,流动速率、An1和An2对聚苯胺产物的结晶结构和电化学性能产生显著影响。在流动速率为15 mL/h、An1=0.08 M、An2=0.3 M的条件下,聚苯胺纳米纤维具有最佳电容值,在扫描速率为5 mV/s和电流密度为0.5 A/g时,电容值达到944.4 F/g和361.9 F/g。3.酸碱调节的一锅法制备聚苯胺纳米纤维流动聚合过程中的浓度波动会影响种子的均匀性,而碱性环境可以有效控制初期种子阶段产物的均一性。本章节提出“一锅法”的新途径,首先在碱性环境中合成苯胺齐聚物作为种子,然后在酸性环境中制备出聚苯胺纳米纤维。通过调节种子阶段的单体浓度(An1)和后续生长阶段的单体浓度(An2),研究其对最终产物的形貌、结构和电化学性能的影响。研究表明,An1对聚苯胺的导电性和电化学性能影响显著,An2偏重于影响最终产物的形貌和结构。在An1=48 mM、An2=0.2 M条件下,聚苯胺纳米纤维具有最佳的电化学性能,在扫描速率为5mV/s和电流密度为0.5 A/g时,电容值分别达到857.2 F/g和371.5 F/g。此外,进一步改善合成工艺,通过加热的方式进行氨水去除,提高了聚苯胺纳米纤维的电化学性能,特别是氨水去除2小时后,PANI-2的电容值达到1025.2 F/g(扫描速率为5 mV/s)和419.0 F/g(电流密度为0.5 A/g)。4.磺酸诱导组装制备聚苯胺纳米纤维种子的聚集组装对聚苯胺纳米纤维的形成存在重要影响,因此引入几种不同类型和性质的磺酸,如磺基水杨酸、对甲基苯磺酸、对氨基苯磺酸和樟脑磺酸,研究其对聚苯胺纳米纤维的形貌、结构和性能的影响。通过比较常规盐酸条件下和加入上述磺酸条件下制备的聚苯胺产物,发现磺酸对聚苯胺的形貌、化学结构和结晶结构影响不明显,但由于提高了掺杂程度和稳定性,可以显著提升导电性和电化学性能。通过合成工艺优化,在0.2 M樟脑磺酸的条件下,聚苯胺纳米纤维表现出最优异的电化学性能,在扫描速率为5 mV/s和电流密度为1 A/g下,电容值分别达到1379.4 F/g和569.8 F/g。