不同还原条件下RGO/PANI复合材料电容性能研究

摘要

超级电容器，即电化学电容器，作为一种介于普通电容器与二次电池之间的新型能源储存器件，具有高功率密度、长循环寿命、无污染零排放及快速充-放电等优点，近几年来引起了科学研究的热潮。决定超级电容器性能的关键部分为其电极材料，因而寻找一种导电率高、可逆性好的电极材料是当前研究的重点。聚苯胺(PANI)是一种传统的电极材料，但因其循环稳定性差，在实际应用中受到诸多限制。碳材料因其优异的性能，期望其可以作为聚合物纳米复合材料的一种功能化成分。还原的氧化石墨烯(RGO)既保留了氧化石墨烯(GO)的部分含氧官能团又使其导电性得到了恢复，其发现为超级电容器提供了良好的电极材料。
　　本文通过改进的Hummers法制备出氧化石墨，然后对其超声剥离、硼氢化钠还原得到还原的氧化石墨烯。最后，将还原的氧化石墨烯与苯胺单体进行原位聚合制备出RGO/PANI复合材料。采用扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱测试仪(FT-IR)和紫外-可见吸收光谱(UV-vis)等测试技术对复合材料的形貌、官能团等进行了表征，采用循环伏安法考察了复合材料的比电容、倍率特性及循环稳定性。
　　结果表明:
　　(1)采用原位聚合法成功制备出RGO/PANI复合材料，PANI纳米纤维均匀地分布在还原的氧化石墨烯上;
　　(2)随着RGO还原程度的提高，材料的比电容先升高后降低。当RGO的还原程度较低时，其导电率较低，所以材料的比电容较低。当RGO的还原程度提高时，其导电率提高且含有一定量的官能团，不仅降低了PANI的团聚、提供了双电层电容，同时作为集流体促进了电子的移动。当还原程度继续提高时，含氧官能团较少，苯胺的聚合位点少，生成的PANI链过长，团聚增加;
　　(3)随着不同还原程度RGO的加入，材料的倍率特性及循环稳定性提高。这可能是由于RGO的加入可以作为弹性缓冲器以适应聚苯胺链的体积改变。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 超级电容器

1．1．1 超级电容器的原理

1．1．2 超级电容器的分类

1．1．3 超级电容器的特点

1．1．4 超级电容器电极材料

1．1．5 超级电容器的应用

1．2 石墨烯

1．2．1 石墨烯概述

1．2．2 石墨烯的性质

1．2．3 石墨烯的制备

1．3 石墨烯／导电聚合物复合材料

1．3．1 石墨烯／导电聚合物复合材料的制备

1．3．2 石墨烯／导电聚合物复合材料超级电容器电极研究进展

1．4 本课题的研究意义和主要内容

第二章 实验部分

2．1 实验药品

2．2 实验仪器

2．3 不同还原程度的RGO的制备

2．4 RGO／PANI复合材料的制备

2．5 电极的制备

2．6 分析及测试方法

2．6．1 扫描电子显微镜

2．6．2 X-射线衍射分析

2．6．3 傅里叶红外光谱

2．6．4 紫外-可见吸收光谱

2．6．5 循环伏安法

第三章 RGO／PANI复合材料的结构表征

3．1 SEM观测

3．2 X射线衍射分析

3．3 红外吸收光谱分析

3．4 紫外-可见吸收光谱分析

3．5 小结

第四章 RGO／PANI复合材料的电化学性能分析

4．1 RGO／PANI复合材料的循环伏安分析

4．2 RGO／PANI的循环稳定性分析

4．3 小结

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文及研究成果