聚苯胺与石墨烯基复合材料的制备分析

《聚苯胺与石墨烯基复合材料的制备分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、第一章文献综述PPY和PANl分层沉积的多种复合聚合物膜材，并且探讨了影响导电聚合物材料导电性能的吡咯聚合物和苯胺聚合物的沉积次序。实验发现将吡咯聚合物做基底的复合型电极的电容性能比其它复合材料电极或单层膜电极都要好。聚苯胺与碳复合材料研究的另一个方向主要是将聚苯胺与高比表面积的活性碳或多孔碳材料相复合。活性碳以其超大的比表面积优势被广泛应用于双电层电容器的电极材料，多孔碳材料近年来也经常被用作超级电容器的电极材料。聚苯胺同碳的复合可以利用聚苯胺的高赝电容对碳材料进行表面改性处理，这样可同时得到双电层电容和法拉第赝电容，同

2、时由于二者的协同，得到的电极材料的比电容可以得到大幅度的提高。聚苯胺与活性炭粉末复合所得的电极材料分为两种：其一是碳纳米管(CNTs)或碳纤维与苯胺聚合物的复合，其二是高比表面积(HPC)的活性炭电极材料与聚苯胺复合。单壁碳纳米管和多壁碳纳米管结构比较独特，有良好的导电性和机械加工性能。对聚苯胺与多壁碳纳米管的复合研究报道较多【2孓76】，此类复合材料电容的衰减较少，稳定性也较高。Zhou等【2‘7】利用原位聚合机理制备得到了聚苯胺／单壁碳纳米管复合电极材料，发现产物颗粒之间能够形成非常致密的电荷转移混合体，而非仅仅是弱分

3、子连结。这种特殊的结构能够有效降低离子扩散阻力，利于电荷在物质内部的转移，提高．=『．电极的功率特性。用活性炭对聚苯胺进行电化学的修饰，虽然单纯地将聚苯胺与单壁碳纳米管复合能够改善纯的聚苯胺电极材料的循环性能，但由于单壁碳纳米管本身能够提供的比容量很小，掺杂后能量密度必然出现损失【281。聚苯胺与活性炭粉末复合后不仅具有法拉第赝电容的优势，而且还具备双电层电容的优点，需要注意的是苯胺聚合物的大电流充放电能力比较差，且循环稳定性不够理想。Chen等【29】用电化学方法在多孔炭材料表面沉积得到了苯胺聚合物。Xing等【30J将

4、薄层聚苯胺包覆在有序中孔炭表面，使材料的比容量高达602．5F．g-1，对比中孔炭材料，比容量是原来的两倍。Wang等【3l】使有序的晶须状苯胺聚合物生长在在中孔炭表面。所得复合材料在恒电流充放电时的比电容值为900F-g～，并经3000次充放电后，比容量损失仅为5％，可见材料的电化学性能比较稳定。为提高材料的电化学性能，复合电极材料的研究将会受到更多的关注【35l。1．4石墨烯材料1．4．1石墨烯材料介绍自然界中广泛存在着碳元素，碳元素有多种同素异形体，最受关注的是以sp2杂化的石墨和sp3杂化的金刚石。富勒烯的发现和碳

5、纳米管的出现，扩大了碳第一章文献综述的应用领域，也使人们对碳元素的多样性有了更为充分的了解。2004年，曼彻斯特大学Geim等才从石墨上剥下少量石墨烯单片并对其电学性质研究，发现其具有特殊的电子特性，导致了碳质材料研究领域新热点的出现【361，六边形的晶格组成石墨烯具有理完美的二维晶体结构，可被看成是剥离的单层石墨片层，在石墨片层间。共价键连接着每一个碳原子，原子间的C．C键使得石墨烯片层的结构具有相当强的刚性。每个碳原子都有四个未成键的兀电子，7【轨道即由兀电子与平面成垂直的方向形成，而在晶体中这些7c电子是可活动的，因

6、此石墨烯材料的导电性非常好。这种石墨晶体薄膜的厚度只有0．335nm，仅为头发的20万分之一，具有极好的结晶性及电学性【37-38]。石墨烯中各碳原子之间的连接非常柔韧，当施加外部机械力时，碳原子面就弯曲变形，从而使碳原子不必重新排列来适应外力，也就保持了结构稳定。凝聚态物理学认为，认为完美的二维结构无法在非绝对零度稳定存在，但是单层石墨烯在实验中被制备出来，这归结于石墨烯在纳米级别上的微观扭曲【39．．4H。石墨烯具有明显的二维电子特性。近来所观测到的显著的量子霍尔效应和分数量子霍尔效应，可以预见石墨烯是纳米电子器件的极

7、有前景的材料。1．4．2超级电容器中石墨烯的应用超级电容器领域中石墨烯材料的优势是很突出的。由于是完全离散的单层石墨组成了石墨烯材料，因此双电层电容可以在其完整表面形成；得到的比电容值将远大于多孔炭材料。叠加石墨烯片层后形成的孔径尺寸大部分超过100nm，这种现象对扩散电解液较为适宜，所以石墨烯材料作为超级电容器的电极材料的功率能优异。而比表面积大则非常易于充分分散纳米颗粒，在电化学过程中电子从纳米颗粒向石墨烯基质的迁移得宜于良好的导电性能，钝态膜现象可被充分控制，石墨烯电极材料的循环性能可以得到极大改善。纳米Mn02氧化

8、石墨烯复合电极材料，当Mn02负载值是氧化石墨烯的15倍时，电容保持率在1000次电化学循环后由69．0％可升至84．1％，极大的提高了复合材料的循环稳定性。由于具有丰富的含氧官能基团，石墨烯材料可以经过复合改性来制备性能得到很大改善的复合材料。相比碳纳米管材料，石墨烯的特殊的二维纳米结构使其机械强度更