聚苯胺与氧化锰的电化学复合及复合膜电化学性能研究

摘要

本文在聚苯胺和氧化锰电化学复合体系中引入了十二烷基硫酸钠(SDS)，在含0.05mol·L-1 An（苯胺）、25 mmol·L-1 MnSO4,60 mmol·L-1 SDS、0.05 mol·L-1 H2SO4的溶液中，-0.2～1.45V电位范围内，以50 mV·s-1的扫描速率，循环伏安扫描25次，制备了复合膜PMS60;在不含SDS的体系中，类似的条件下制备了复合膜PM;在不含Mn2+的体系中，SDS浓度为60 mmol·L-1时制备了聚苯胺膜PS;在不含Mn2+、SDS的体系中制备了PANI膜。利用扫描电镜(SEM)研究了各膜的形貌，利用X-射线光电子能谱仪(XPS)研究了PANI、PM及PMS60的能谱，利用循环伏安和恒电流充放电技术研究了各膜的电化学活性、电化学催化性能和超电容性能。研究发现，PMS60以纳米纤维形式存在，而在类似条件下制备的PANI、PM、PS则以不规则形貌存在。对同样条件下制备的三个PANI、PM、PS及PMS60进行循环伏安实验结果表明，PMS60的电化学活性比PM的提高了近2倍;恒电流充放电实验结果表明，PMS60的平均比电容比PM提高了116.3F·g-1。
　　研究了SDS浓度对PANI和MnO2电化学复合的影响，在SDS浓度分别为10、20、40、50、60、80、100 mmol.L-1条件下，制备了PMS复合膜PMS10、PMS20、PMS40、PMS50、PMS60、PMS80、PMS100。分别利用循环伏安、恒电流充放电和扫描电镜研究了PMS复合膜的电化学活性、超电容性能和表面形貌。采用表面张力法测定了PANI和MnO2的电化学复合体系中SDS的临界胶束浓度(CMC)。结果表明，SDS在PANI和Mn02电化学共沉积体系中临界胶束浓度为8 mmol·L-1，在SDS浓度为60 mmol.L-1的体系中制备的PMS60复合膜的电化学活性较高、超电容性能较好。
　　研究了酸度对在SDS存在下，PANI和MnO2电化学共沉积的影响，在10、30、50、100、200 mmol.L-1 H2SO4溶液中，制备了PMS复合膜PMSA10、PMSA30、PMS60(CH2SO4=0.5 mmol·L-1)、PMSA100、PMSA200。利用循环伏安、恒电流充放电和扫描电镜研究了上述PMS复合膜的电化学活性、超电容性能和表面形貌。结果表明，不同酸度体系下制备的PMS复合膜均以纳米纤维结构存在，且在所研究的范围内，酸度对PMS复合膜的电化学活性和超电容性能的影响较小。

目录

声明

摘要

第1章 前言

1．1 聚苯胺研究概况

1．1．1 聚苯胺概述及结构特征

1．1．2 聚苯胺的合成方法

1．1．3 苯胺电化学聚合机理

1．1．4 聚苯胺的电化学性能及应用

1．1．5 聚苯胺一维生长的调控

1．2 氧化锰的合成及应用

1．2．1 氧化锰的合成方法

1．2．2 氧化锰的应用

1．3 聚苯胺／金属氧化物复合材料的研究进展

1．3．1 聚苯胺／氧化锰复合材料

1．3．2 其他聚苯胺／金属氧化物复合材料

1．4 表面活性剂简介

1．4．1 表面活性剂的特点

1．4．2 利用表面活性剂调控纳米材料生长

1．4．3 利用表面活性剂调控聚苯胺复合材料微观形貌

1．5 本论文工作

第2章 实验部分

2．1 实验体系

2．2 实验仪器

2．3 实验试剂

2．4 实验步骤

2．4．1 碳布基底的预处理

2．4．2 电化学沉积

2．4．3 电化学性能研究

2．4．4 聚合体系SDS临界胶束浓度的测定

2．4．5 理化表征

第3章 结果与讨论

3．1 PANI和MnO2的电化学复合

3．1．1 电化学活性研究

3．1．2 超电容性能研究

3．1．3 电化学催化性能研究

3．1．4 理化表征

3．2 表面活性剂SDS浓度对PANI和MnO2电化学复合的影响

3．2．1 表面活性剂SDS浓度对复合膜电化学活性的影响

3．2．2 表面活性剂SDS浓度对复合膜超电容性能的影响

3．2．3 表面活性剂SDS浓度对复合膜形貌的影响

3．2．4 PANI和MnO2电化学复合体系表面张力的测定

3．3 酸度对SDS存在下PANI和MnO2电化学复合的影响

3．3．1 酸度对复合膜电化学活性的影响

3．3．2 酸度对复合膜超电容性能的影响

3．3．3 酸度对复合膜形貌的影响

第4章 结论

参考文献

致谢