聚苯胺/石墨烯复合电极材料的制备及其电化学性能研究

摘要

聚苯胺因具有优良的导电性能而不断被研究应用于各种复合材料，但其无序的短纤维状或球状形貌结构导致它循环稳定性差，这一缺点限制了它的发展。而石墨烯的二维晶体结构具有的优良导电性能、巨大比表面积等特性，使它成为一种良好的填充材料，石墨烯基复合材料也成为科研领域的研究热点，本论文把聚苯胺和石墨烯进行复合，从而在保证复合材料的导电性能的同时能克服聚苯胺的缺点，同时大大提高复合材料的电容量。
　　本论文首先采用电解剥离法制备了石墨烯分散液，进而通过循环伏安法使用石英微晶天平一步电沉积制备聚苯胺/石墨烯复合电极材料。复合材料经扫描电镜进行了形貌表征;并采用循环伏安、恒流充放电以及电化学阻抗对复合材料进行了电化学性能分析。具体内容主要包括以下几个方面:
　　(1)石墨烯分散液的制备:以石墨纸为原料，采用电解剥离法制备石墨烯分散液。这种制备方法过程简单，结果表明所制备的分散液中不含有氧化石墨烯，大部分为少层石墨烯，且得到的石墨烯分散液稳定性很好。
　　(2)恒电位法吸附石墨烯片:本论文也对恒电位法吸附石墨烯做了一定的探讨。结果表明，当给石墨烯分散液施加电压为0.8V时，可以使石墨烯吸附在金电极的表面。吸附时间为2h，添加表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠时，薄膜质量为0.46μg。
　　(3)聚苯胺与石墨烯层层复合:用循环伏安法扫描2圈制备聚苯胺层，然后用恒电位吸附法制备石墨烯层。循环伏安测试结果表明，吸附石墨烯后，复合材料的电流平台得到明显的提高，体现了石墨烯对复合材料电容性能的贡献。
　　(4)聚苯胺/石墨烯复合电极材料的制备及性能研究:将制备好的石墨烯分散液与苯胺单体溶液按一定比例混合，用循环伏安法电沉积制备聚苯胺/石墨烯复合电极材料，改变石墨烯和苯胺单体的配比以及添加不同的表面活性剂，可获得电化学性能不同的复合材料。扫描电镜照片表明石墨烯在复合材料中层层堆积，一层球状的聚苯胺均匀分布在石墨烯片上。循环伏安测试结果表明，当添加十二烷基苯磺酸钠为表面活性剂，扫描圈数为5，扫描电位范围是-0.1～1.0 V，扫描速度为10 mV·s-1时，金电极上的薄膜质量为4.66μg。聚苯胺/石墨烯复合电极材料的比电容为1738 F·g-1。当表面活性剂为对甲基苯磺酸钠时，相同条件下，金电极上的薄膜质量为2.26μg。聚苯胺/石墨烯复合电极材料的比电容为1927 F·g-1，均高于相同条件下聚苯胺和氧化石墨烯或单层石墨烯复合。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 前言

1．2 聚苯胺概述

1．2．1 聚苯胺的结构

1．2．2 聚苯胺的合成方法

1．2．3 聚苯胺复合材料的研究现状

1．3 石墨烯概述

1．3．1 石墨烯的结构

1．3．2 石墨烯的特性

1．3．3 石墨烯的制备方法

1．3．4 石墨烯复合材料的研究现状

1．4 论文选题意义及创新性

2 实验中所用试剂和设备以及测试表征方法

2．1 实验试剂与设备

2．1．1 实验原料与试剂

2．1．2 实验中的主要仪器设备

2．2 测试与表征手段

2．2．1 扫描电子显微镜测试分析(SEM)

2．2．2 循环伏安测试分析(CV)

2．2．3 石英微晶天平测试分析(QCM)

2．2．4 电化学交流阻抗测试分析(EIS)

2．2．5 恒流充放电测试分析

2．3 本章小结

3 恒电位法吸附石墨烯片的初步探索

3．1 引言

3．2 电解剥离法制备石墨烯及形貌表征

3．2．1 电解剥离法制备石墨烯过程

3．2．2 电对石墨烯的形貌表征

3．3 恒电位法吸附石墨烯片

3．3．1 恒电位法吸附石墨烯片制备过程

3．3．2 石墨烯片吸附不同时间的结果及讨论

3．3．3 不同表面活性剂对石墨烯片吸附的影响

3．4 聚苯胺与石墨烯层层复合探究

3．4．1 聚苯胺与石墨烯层层复合制备过程

3．4．2 聚苯胺与石墨烯层层复合结果讨论

3．5 本章小结

4 不同条件对聚苯胺／石墨烯复合电极材料的影响

4．1 引言

4．2 不同表面活性剂对聚苯胺／石墨烯复合电极材料的影响

4．2．1 添加不同表面活性剂的聚苯胺／石墨烯复合电极材料的制备

4．2．2 不同表面活性剂对聚苯胺／石墨烯复合电极材料的电化学性能分析

4．3 不同浓度石墨烯对聚苯胺／石墨烯复合电极材料的影响

4．3．1 不同浓度石墨烯聚苯胺／石墨烯复合电极材料的制备

4．3．2 不同浓度石墨烯对聚苯胺／石墨烯复合电极材料的电化学性能分析

4．4 本章小结

5 聚苯胺／石墨烯复合电极材料的制备及性能研究

5．1 引言

5．2 聚苯胺／石墨烯复合电极材料的共沉积

5．2．1 电化学沉积法制备聚苯胺／石墨烯复合电极材料

5．3．1 对样品形貌和结构分析

5．2．2 对样品微晶天平测试结果分析

5．2．3 对样品循环伏安测试分析

5．2．4 对样品化学阻抗的分析

5．2．5 对样品恒流充放电测试分析

5．3 聚苯胺与氧化石墨烯的共沉积

5．3．1 聚苯胺／氧化石墨烯复合电极材料的制备

5．3．2 聚苯胺与氧化石墨烯复合材料的电化学性能分析

5．4 聚苯胺与石墨烯(单层)的共沉积

5．4．1 聚苯胺／石墨烯(单层)复合电极材料的制备

5．4．2 聚苯胺／石墨烯(单层)复合电极材料的性能分析

5．5 本章小结

6 全文总结

参考文献

致谢

个人简历

硕士期间发表论文情况