论文部分内容阅读
石墨烯(GE)是由碳原子堆积而成的一种单层二维蜂窝状晶体结构的碳质材料,由于其特有的性质,使其成为了材料科学和凝聚物理等诸多领域中最为热门的研究前沿。聚苯胺也以其电化学可逆性,良好的热稳定性以及其独特的掺杂和脱掺杂现象等,成为了现在研究中获得突飞猛进的导电高分子材料之一。本文主要围绕聚苯胺/(氧化)石墨烯复合材料的制备、不同的掺杂酸和溶剂体系对复合材料电性能的影响、探索了一种新型的氧化石墨烯的还原方法以及它对复合材料的性能的影响,具体内容如下:(1)聚苯胺(PANI)/氧化石墨烯(GEO)复合材料的制备及反应条件的优化处理:GEO表面含有羟基,环氧基和羧基等含氧官能团,能够在水中形成稳定悬浮液,并对单体形成吸附,提供反应生长点。借助于此,采用原位聚合法,在苯胺单体中引入GEO,制备了有较高电学性能的电化学电容器电极材料PANI/GEO复合材料。通过实验得出:最佳反应时间6h,最佳反应温度为0℃。在此条件下,通过电化学性能测试,在50mv/s的扫描速率下,比电容可以达到472.2F/g。(2)探讨了不同的掺杂酸(盐酸、苯磺酸、对甲苯磺酸)对PANI/GEO进行掺杂或共掺杂时,对复合材料电性能的影响,通过对一系列产物的电性能的测试得出:盐酸的掺杂效果最好,在10mv/s时,比电容可达到553.8F/g。(3)在前人的基础上,系统的研究了溶解度参数不同的四种溶剂体系(丙酮,乙醇,乙二醇,氮氮二甲基甲酰胺)对PANI/GEO电性能的影响。通过电学性能的测试可以得出:丙酮为溶剂体系,当V丙酮:V水=3:10时,PANI/GEO比容量在50mv/s的扫描速率下可达到662.3F/g,具有最大比电容,且表现出混合型电容器的特征,且具有较好的循环稳定性。在此条件下制得的PANI/GEO具有比其他文献制得的复合材料更高的比电容。(4)探索了一种新型还原性氧化石墨烯的制备方法:塔拉粉是一种绿色无毒,且具有较好溶解性的抗氧化剂,用它来还原GEO后,得到具有较好稳定性的还原性GEO水溶液。通过实验得出:最佳反应时间6h,最佳反应温度80℃。用紫外分光计测得此条件下制得的还原性GEO的比表面积为389.4m2/g,与相同条件下肼还原石墨烯的比表面积(1029.7m2/g)相比,塔拉粉只能部分的还原GEO,但它能使还原后的石墨烯溶液较稳定的存在一段相对较长的时候。(5)将PANI分别与塔拉粉还原的氧化石墨烯(GE-1)和肼还原石墨烯(GE-2)进行复合,对得到的复合材料的进行电学性能测试。通过测试得出:在30mv/s时,PANI/GE-1比容量为263.7F/g,PANI/GE-2比容量为683.6F/g,故作为电极材料来说,GE-1对比电容的贡献比GE-2要差很多。