石墨烯-聚苯胺杂化材料的可控合成及其电化学性能

摘要

石墨烯和聚苯胺由于自身优异的物理和化学性能可以作为超级电容器电极材料。但由于石墨烯表面静电引力大、比能量低,聚苯胺循环性差使其在实际应用中存在限制。本文主要实现石墨烯-聚苯胺杂化材料的可控合成,利用透射电子显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、拉曼光谱仪、傅里叶转换红外光谱仪、电化学工作站、蓝电电池测试系统、四探针分析仪等对材料进行表征,研究其制备工艺和电化学性能,得到以下结论:
　　 (1)通过调节体系中异丙醇与水的比例成功合成了“三明治”型和聚苯胺纳米纤维连接的石墨烯-聚苯胺杂化材料,当异丙醇:水=1:1(体积比)时杂化材料的电容值高达1350 F·g-1,是一种理想的超级电容器电极材料。
　　 (2)在异丙醇与水的体积比为3:1的混合溶剂中,当苯胺浓度为0.125 mol·L-1时制备的(氧化)石墨烯-聚苯胺杂化材料表面形貌均一,比电容为814 F·g-1,远远高于单独石墨烯(284 F·g-1)。
　　 (3)比较不同氧化方法制备的氧化石墨并将其作为前趋体制备石墨烯-聚苯胺杂化材料,其中混合酸法成功制备了纳米导线连接的氧化石墨烯-聚苯胺杂化材料,还原后的杂化材料比电容高达1150 F·g-1,具有较理想的电容性能。
　　 (4)通过不同的有机酸实现石墨烯-聚苯胺杂化材料的可控合成,其中β-萘磺酸掺杂的杂化材料电导率达7.1 S·cm-1,当电流密度为1A·g-1时循环1000圈后比容量仍能保持65％,具有良好的电化学性能。