三维石墨烯聚苯胺复合材料的制备及超级电容性能研究

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1、三维石墨烯/聚苯胺复合材料的制备及超级电容性能研究汪建德材料科学与工程学院化学工程彭同江教授汤光平研究员2015415ClassifiedIndex:O646U.D.C:661.7SouthwestUniversityOfScienceandTechnologyEngineeringMasterDegreeThesisPreparationandSupercapacitivePerformanceofThree-DimensionalGraphene/PolyanilineCompositeCandidate:WangJiandeAcademy:Schoolof

2、MaterialsScienceandEngineeringSpeciality/Field:ChemicalengineeringSupervisor:PengTongjiangSupervisor:TangGuangpingApril.15,2015独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下（或我个人……）进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西南科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了

3、明确的说明并表示了谢意。签名：日期：关于论文使用和授权的说明本人完全了解西南科技大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留学位论文的复印件，允许该论文被查阅和借阅；学校可以公布该论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。(保密的学位论文在解密后应遵守此规定)签名：导师签名：日期：西南科技大学硕士研究生学位论文第I页摘要本文采用改进Hummers法制备得到氧化石墨，采用液相超声剥离法对氧化石墨进行分散来制取氧化石墨烯(GOS)；将GOS作为前驱体，采用水热法在不同反应温度条件下制备得到三维石墨烯(3DGS)；再利用GOS与聚苯胺(PA

4、NI)本身所带有的相反电荷，采用一步和两步复合法分别制备得到三维石墨烯/聚苯胺(3DGP-A/B)复合材料。利用XRD、FT-IR、Raman、XPS、AFM、SEM、TEM和电化学工作站等对3DGS与3DGP-A/B复合材料的形貌、结构与超级电容性能进行表征分析，并进一步揭示了3DGS和3DGP-A/B复合材料的形成机理。研究结果表明：随着超声时间的增长，氧化石墨的厚度和片径不断减小，3DGS的内部形貌由片状逐渐向着多孔网状结构转化；而随着水热反应温度的升高，GOS的还原程度增加，3DGS的三维结构尺寸逐渐减小；但当超声时间为120min、水热反应温度为180

5、℃时，所制备的3DGS具有最均匀的-1多孔网状结构和最优异的超级电容性能，比电容可达314F·g，5000次充放电循环后容量保持率为87％。一步复合法制备3DGP-A复合材料时，GOS与PANI的混合分散液在水热反应过程中，GOS自组装为3DGS的同时可将分散的PANI镶嵌在其三维结构中，这不仅保证了PANI的结构稳定性，又保持了3DGS优异的网状结构，作为电极材料能为电解液中的离子提供良好的传输通道和更大的存储面积；但复合材料中PANI的含量过多时，PANI的团聚现象严重，相比之下，当GOS与PANI的质量比为1:1时，3DGP-A具有最佳的超级电容性能；在-

6、1-10.5A·g电流密度下比电容可达758F·g，经1000次循环后比电容保持率为86％，有着良好的倍率特性和循环稳定性，其超级电容性能远优于单纯的3DGS和PANI。两步复合法制备3DGP-B复合材料时，第一步的原位氧化聚合法可使PANI均匀地分散在GOS表面；将得到的GOS/PANI再与GOS混合分散，经水热反应后，相比一步复合法，PANI更为均匀的分布在石墨烯片层间；这不仅有效缓解了石墨烯的团聚，增大了材料的比表面积，而且依然保持有3DGS优异的网状结构；当GOS与GOS/PANI的质量比为1:2时，3DGP-B表现出西南科技大学硕士研究生学位论文第II

7、页-1-1了最佳的超级电容性能，在0.5A·g电流密度下比电容达712F·g，经过1000-1次充放电循环后容量保持率可达88％，能量密度达75Wh·Kg，所表现出的超级电容性能优于一步复合法。关键词：氧化石墨氧化石墨烯三维石墨烯三维石墨烯/聚苯胺复合材料超级电容性能西南科技大学硕士研究生学位论文第III页AbstractInthisthesis,graphiteoxidewaspreparedbyimprovedHummersmethod,andgrapheneoxide(GOS)waspreparedfromgraphiteoxidebyliquid-pha

8、seexfoliatio