聚吡咯及其复合物的制备和电化学性能研究

摘要

聚吡咯（PPy）作为导电聚合物的一种，具有便于制备、成本低、稳定性佳、导电性好及高比电容等优势，但其在多次的恒流充放电过程中易于发生体积的收缩与膨胀导致长循环稳定性、溶解性及加工性能相对比较差，由此限制了它的广泛应用。将聚吡咯与石墨烯及金属磷化物相复合，不仅可以发挥其自身比电容高的优势，而且与其复合后，通过良好的协同作用减弱充放电过程中体积的收缩与膨胀，从而提高超级电容器的电化学性能。本文研究了不同聚吡咯复合材料的制备方法，并对其进行了物相表征及其电化学性能测试，以下是本论文的研究工作： （1）通过一步原位聚合法成功合成了聚吡咯/氧化石墨烯（PPy/GO）复合材料，通过其测试结果可知，复合材料是由菜花状的PPy纳米颗粒和褶皱的GO复合而成的，PPy较为均匀地分散在GO纳米片的表面上及片层间，通过比表面积分析（BET），复合物较PPy单体表面积大大提高，并对PPy/GO复合物作为超级电容器电极材料进行了电化学性能的测试及分析，结果表明，其比电容、充放电性能及长循环稳定性等电化学性能相比PPy单体均有了明显提高。即使在1A·g-1的电流密度下，具有369.8F·g-1的较高比电容，电荷转移电阻为4.6Ω，甚至经过3000圈的长循环后，其容量保持率达87%。 （2）采用两步法成功地制备了聚吡咯/磷化镍（PPy/Ni2P），第一步先以NiCl2·6H2O作为镍源，去离子水作为溶剂，十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）作为表面活性剂，在180℃，反应16h条件下，利用水热法成功制备出Ni2P单体，第二步将Ni2P溶于去离子水中搅拌至均匀，并加入相同量的Py（吡咯单体），在冰浴条件下通过聚合反应成功制备PPy/Ni2P复合材料。改变加入Ni2P所占的质量分数，得到不同Ni2P质量分数的PPy/Ni2P产物，结构表征结果表明：复合材料由菜花状PPy和球形Ni2P纳米颗粒组成。通过对其电化学性能进行测试分析，由结果得知，当Ni2P所占的质量分数为30%时，所制备的PPy/Ni2P复合材料在1A·g-1的电流密度下，具有476.5F·g-1的较高比电容，及较小的电荷转移电阻1.8Ω，且经过3000圈的长循环后，其容量保持率达89%。 （3）以PPy/Ni2P复合材料、GO单体为反应物，无水乙醇作为溶剂，采用一步球磨法成功制备了聚吡咯/磷化镍/氧化石墨烯（PPy/Ni2P/GO）三元复合材料，并对其进行结构表征及电化学性能测试，表征结果可以看出，PPy/Ni2P复合材料分散于GO纳米片表面上及层间，且复合前后，PPy/Ni2P的形貌及尺寸并未发生明显变化，而且电化学性能测试结果表明，与PPy/GO及PPy/Ni2P二元复合材料相比，所得的三元复合材料PPy/Ni2P/GO的电化学性能有了进一步明显的提高，而且在三元复合材料最佳组成（mPPy/Ni2P：mGO=1:6）和1A·g-1的电流密度下，具有563.1F·g-1的较高比电容，电荷转移电阻降低至1.1Ω，且经过3000圈的长循环后，三元复合材料PPy/Ni2P/GO的其容量保持率达91%。

目录

测试符号说明：

1 绪论

1.1 引言

1.2 超级电容器概念、基本结构、分类及其工作原理

1.3 超级电容器的活性电极材料

1.4. 磷化镍纳米材料的概述

1.5 聚吡咯的结构、性质、导电机理及其复合材料的研究进展

1.6 本文的研究目的与意义

2 PPy/GO复合材料的制备、表征及其电化学性能研究

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.4 本章小结

3 PPy/Ni2P复合材料的制备及其电化学性能研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

4 PPy/GO/Ni2P复合材料的制备及其电化学性能研究

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

5 结论、创新点及展望

5.1 结论

5.2 创新点

5.3 展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间已发表或待发表论文

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