聚苯胺在碳纤维基底上的一维生长及超电容性能研究

摘要

为了有效引发苯胺(An)在碳纤维布基底上的聚合，本文首先利用超声和电化学氧化等方法对碳纤维布(CFC)进行了预处理，制备了亲水性和电化学特性良好的碳纤维布(ANEA)。利用接触角测定、扫描电镜(SEM)、循环伏安(CV)扫描等研究了预处理效果。然后将ANEA浸入An的H2SO4溶液中吸附聚合单体，再分别在过硫酸铵(APS)和K2Cr2O7溶液中引发聚合制备聚苯胺(PANI)。经数次上述聚合过程制备了ANEA-PANI-APS和ANEA-PANI-K2Cr2O7。利用SEM观测了PANI的表面形貌，利用红外光谱研究了其振动吸收，利用CV扫描和恒电流充放电(CP)实验研究了其超电容性能。研究发现，ANEA-PANI-APS上的PANI以纳米纤维形式存在，而在ANEA-PANI-K2Cr2O7上，PANI以密实的纳米颗粒形式存在，说明APS引发聚合有利于PANI的一维生长。PANI以纳米纤维形式存在能够使聚合物与电解液充分接触，有助于提高其电化学性能，其比电容高达644F/g。
　　研究了H2SO4和APS浓度对PANI一维生长及其电容性能的影响，利用SEM观测了聚合物的表面形貌，利用CV、CP等手段研究了其电化学性能。研究发现当H2SO4和APS的浓度分别为0.2和0.05mol/L时，有利于制备高性能PANI纳米纤维。该条件下引发An聚合时，制备的PANI纳米纤维均匀分布于碳纤维表面，这有利于聚合物与碳纤维布基底之间的电荷传递。为了探讨PANI在超级电容器中的应用，我们分别以性能最优的ANEA-PANI-K2Cr2O7和ANEA-PANI-APS为电极，0.5mol·L-1H2SO4为电解液组装了对称型模拟超级电容器ANEA-PANI-AP S//ANEA-PANI-APS和ANEA-PANI-K2Cr2O7//ANEA-PANI-K2Cr2O7，并利用CV和CP技术研究了其电化学性能。

目录

声明

摘要

第一章 前言

1．1 超级电容器的概况

1．1．1 超级电容器简介

1．1．2 超级电容器工作原理

1．1．3 超级电容器电极材料研究进展

1．2 聚苯胺研究进展

1．2．1 聚苯胺的概述

1．2．2 聚苯胺的结构

1．2．3 聚苯胺的导电机理

1．2．4 聚苯胺的掺杂

1．2．5 聚苯胺的合成方法

1．2．6 聚苯胺一维生长的调控

1．3 聚苯胺／碳复合材料在超级电容器中的应用

1．3．1 聚苯胺／碳纳米管复合材料

1．3．2 聚苯胺／石墨烯复合材料

1．3．3 聚苯胺／碳纤维复合材料

1．3．4 聚苯胺／活性炭复合材料

1．4 本论文研究意义及主要研究内容

第二章 实验部分

2．1 实验仪器

2．2 化学试剂

2．3 实验步骤

2．3．1 碳纤维布基底的预处理

2．3．2 聚苯胺的一维生长

2．3．3 表征及电化学性能测试

2．3．4 电容器组装及储能性能测试

第三章 结果与讨论

3．1 基底碳纤维布的预处理

3．1．1 亲水处理

3．1．2 电化学预处理

3．2 聚苯胺的一维生长

3．2．1 硫酸浓度对苯胺聚合的影响

3．2．2 引发剂浓度对苯胺聚合的影响

3．2．3 聚苯胺一维生长研究

3．2．4 K2Cr2O7引发的苯胺聚合反应

3．3 电容器组装及性能研究

3．3．1 聚苯胺单电极电容性能研究

3．3．2 电容器组装及性能研究

第四章 结论

参考文献

致谢