石墨烯-聚苯胺復合材料的制備及其電容性能研究.pdf

1、作為一種綠色新型儲能器件，超級電容器具有功率密度高、充放電迅速、循環(huán)壽命長等優(yōu)點，成為目前研究廣泛的能量存儲器件之一。超級電容器的性能主要取決于電極材料，石墨烯具有良好的熱穩(wěn)定性、導電性以及高比表面積，成為超級電容器最具發(fā)展前景的電極材料之一。聚苯胺具有成本低、易合成和高導電性等優(yōu)點，被認為是最有發(fā)展前景的電極材料之一。石墨烯由于其不可逆性的堆疊現(xiàn)象導致其電容性能并不理想，本論文主要從化學元素摻雜、復合材料制備以及結構設計這三方面著眼于

2、克服這個缺點。主要研究內容如下：
　　采用改進的Hummers法制備氧化石墨烯（GO），經微波膨化得到熱還原石墨烯（GNs）。通過水熱法合成前驅體凝膠，經高溫燒結，制得氮摻雜石墨烯（N-GNs）。結構分析表明，N-GNs保留了石墨烯的褶皺透明，GO水溶液與氨基氫經水熱反應有效地構筑了具有三維網(wǎng)絡式的多孔洞結構。N2吸附測試表明，氮摻雜多孔石墨烯的比表面積和孔容分別為280.78 m2/g和1.25 cm2/g，遠大于石墨烯83.7

3、0 m2/g的比表面積和0.35 cm2/g的孔容。電容測試結果表明，氮摻雜石墨烯在電流密度為0.1 A/g時，比容量可達到169 F g-1。
　　采用二維的氧化石墨烯作為柔性載體材料，利用其表面大量的含氧化學功能基團產生的良好分散性和親水性，采用化學原位聚合的方法在氧化石墨烯納米片上均勻包覆上聚苯胺。結構分析表明，氧化石墨烯的引入使得原本易于發(fā)生團聚的單純聚苯胺納米粒子均勻地包覆在氧化石墨烯納米片的表面形成薄膜狀包覆，聚苯胺一

4、次顆粒的形貌和分散度得到了有效地改善。在電流密度為0.1 A/g時，氧化石墨烯/聚苯胺復合材料的比容量為162 F g-1。經2000次循環(huán)后，復合材料比容量仍保持在142 F g-1（容量保持率高達87.9％）。
　　采用化學原位聚合法在石墨烯納米片的基體上均勻生長出乳突狀陣列式聚苯胺納米顆粒，制備得到石墨烯/聚苯胺納米復合材料。結構分析表明，聚苯胺顆粒均勻生長在石墨烯納米片的兩面上，呈現(xiàn)自由佇立的乳突狀納米顆粒陣列的形態(tài)。電容