本文關(guān)鍵詞：多孔石墨烯與聚苯胺復(fù)合膜的制備及其電化學(xué)性能研究

  更多相關(guān)文章： 石墨烯 聚苯胺 三維復(fù)合膜 納米陣列 超級(jí)電容器

【摘要】：超級(jí)電容器是一種介于傳統(tǒng)電容器和充電電池之間的綠色儲(chǔ)能器件,因其具有高的能量密度和功率密度,快速充放電和長壽命等優(yōu)點(diǎn),近年來備受研究者的青睞。但是,超級(jí)電容器的儲(chǔ)能性能嚴(yán)重依賴與電極材料的性能,因此制備出具有高性能,新穎結(jié)構(gòu)的電極材料成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。在導(dǎo)電聚合物中,聚苯胺(PANI)因其具有環(huán)境和化學(xué)穩(wěn)定性好,易合成,高的導(dǎo)電率,快速可逆氧化還原狀態(tài)和高的理論比電容等優(yōu)點(diǎn),被認(rèn)為是最有應(yīng)用前景的電極材料。但是,在快速充放電過程中,由于PANI自身體積的膨脹與收縮而造成體積的改變,從而嚴(yán)重降低了其電化學(xué)穩(wěn)定性。為此,將PANI與石墨烯復(fù)合,制備出石墨烯/PANI復(fù)合材料是有效解決上述問題的方法。石墨烯具有優(yōu)良的導(dǎo)電率,高的理論比表面積和優(yōu)異的機(jī)械性能。然而,在實(shí)際應(yīng)用中石墨烯由于自身的堆積作用使得其理論比表面積不能完全被利用。同時(shí),有序的結(jié)構(gòu)有利于提高材料的利用率�；谝陨戏治�,我們以PS/rGN為載體,成功了制備了3D r GN/PANI復(fù)合膜和3rGN/PANI-NW復(fù)合膜。具體研究內(nèi)容如下:(1)采用改進(jìn)的Hummers法制備了氧化石墨烯(GO),并用水合肼和氨水對(duì)其進(jìn)行還原得到分散性好的rGN溶液,再將r GN溶液與PS溶液相混合,抽濾得到PS/rGN膜。再通過稀釋溶液聚合法在PS/r GN膜沉積PANI納米線陣列,最后將PS去除,得到3D rGN/PANI復(fù)合膜。利用FE-SEM,FT-IR,XPS和BET等技術(shù)對(duì)其微觀形貌和結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析以及CV、恒流充放電、交流阻抗和循環(huán)穩(wěn)定性對(duì)其電化學(xué)性能表征。結(jié)果表明:3D rGN/PANI復(fù)合膜具有三維多孔結(jié)構(gòu),PANI納米線陣列不僅沉積在膜的表面,也沉積在膜的內(nèi)部,且PANI與rGN間存在強(qiáng)的π電子作用力。這種新穎的結(jié)構(gòu)有利于提供高的界面面積,縮短離子通道,快速的電子轉(zhuǎn)移通道。相比與rGN,3D rGN,和純PANI,3D rGN/PANI復(fù)合膜在電容性和循環(huán)穩(wěn)定性上得到了很大的提高,其中在0.5 A g-1的電流密度下的比電容達(dá)到了740 F g-1,在10 A g-1的電流密度下的循環(huán)充放電1000次后,電容保留值為87%,表現(xiàn)出良好的電化學(xué)性能。(2)在(1)的基礎(chǔ)上,以PS為自犧牲模板和ZnO納米棒為支撐骨架,通過電聚合法在三維多孔石墨烯膜上制備PANI納米褶皺陣列,得到3rGN/PANI-NW膜。FE-SEM研究表明,3rGN/PANI-NW復(fù)合膜具有三維多孔和PANI納米褶皺陣列在膜上,該結(jié)構(gòu)具有大的比表面積,有利于提高電化學(xué)活性和電子在PANI和rGN的傳遞。電化學(xué)測試表明,3r GN/PANI-NW在0.5 A g-1的電流密度下比電容達(dá)到了630.0 F g-1,且在10 A g-1的電流密度下恒流充放電5000次循環(huán)后,電容的保留率為90.5%,庫倫效率為94.8%,表現(xiàn)出良好的電化學(xué)性能,因而可作為下一代超級(jí)電容器的理想電極材料。
【關(guān)鍵詞】：石墨烯 聚苯胺 三維復(fù)合膜 納米陣列 超級(jí)電容器
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TB383.2
【目錄】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-9
• 1 緒論9-25
• 1.1 引言9-10
• 1.2 超級(jí)電容器10-13
• 1.2.1 超級(jí)電容器的分類與工作原理10-11
• 1.2.2 超級(jí)電容器的電極材料11-13
• 1.3 石墨烯13-15
• 1.3.1 石墨烯簡介13
• 1.3.2 多孔石墨烯的制備13-15
• 1.3.3 多孔石墨烯在電極材料中的應(yīng)用15
• 1.4 聚苯胺15-22
• 1.4.1 聚苯胺的研究歷史15-16
• 1.4.2 聚苯胺的結(jié)構(gòu)16-17
• 1.4.3 聚苯胺的合成17-20
• 1.4.4 聚苯胺的應(yīng)用20-22
• 1.5 三維多孔石墨烯/聚苯胺復(fù)合膜的研究進(jìn)展22-23
• 1.6 本論文研究的目的、意義及內(nèi)容23-25
• 1.6.1 本論文研究的目的和意義23-24
• 1.6.2 本論文的研究內(nèi)容24-25
• 2 獨(dú)立的三維石墨烯/聚苯胺復(fù)合膜的制備及其電化學(xué)性能研究25-39
• 2.1 引言25
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分25-28
• 2.2.1 主要實(shí)驗(yàn)試劑25-26
• 2.2.2 主要儀器設(shè)備26
• 2.2.3 實(shí)驗(yàn)方法26-28
• 2.3 結(jié)果與討論28-37
• 2.3.1 微觀結(jié)構(gòu)表征28-30
• 2.3.2 紅外光譜(FT-IR)和拉曼光譜分析30-32
• 2.3.3 X射線光電子能譜分析(XPS)32-33
• 2.3.4 電化學(xué)性能分析33-37
• 2.4 結(jié)論37-39
• 3 基于三維多孔石墨烯/聚苯胺納米褶皺陣列的制備及其電化學(xué)性能研究39-51
• 3.1 引言39
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分39-42
• 3.2.1 主要實(shí)驗(yàn)試劑39-40
• 3.2.2 主要儀器設(shè)備40
• 3.2.3 聚苯乙烯/還原的氧化石墨烯(PS/r GN)膜的制備40
• 3.2.4 聚苯乙烯/還原的氧化石墨烯-氧化鋅(PS/r GN-ZnO)膜的制備40
• 3.2.5 三維多孔石墨烯/聚苯胺納米褶皺陣列(3r GN/PANI-NW)的制備40-41
• 3.2.6 電化學(xué)測試41
• 3.2.7 表征方法41-42
• 3.3 結(jié)果與討論42-49
• 3.3.1 微觀結(jié)構(gòu)表征42-43
• 3.3.2 紅外光譜分析43
• 3.3.3 拉曼光譜與XRD分析43-45
• 3.3.4 X射線光電子能譜分析(XPS)45-46
• 3.3.5 電化學(xué)性能分析46-49
• 3.4 結(jié)論49-51
• 4 結(jié)論與展望51-53
• 4.1 結(jié)論51-52
• 4.2 展望52-53
• 致謝53-54
• 參考文獻(xiàn)54-64
• 附錄64-65
• A 作者在攻讀碩士期間撰寫并發(fā)表的論文64-65

【相似文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 鄒本雪;張雄福;劉海鷗;王同華;王金渠;王安杰;;新型炭基-沸石復(fù)合膜材料的合成研究進(jìn)展[J];現(xiàn)代化工;2005年S1期

2 武春瑞;張守海;楊大令;蹇錫高;;耐高溫復(fù)合膜的制備及在廢水處理中的嘗試[J];高分子材料科學(xué)與工程;2007年01期

3 康啟來;;復(fù)合膜檢測的取樣技巧[J];印刷世界;2007年02期

4 蘭俊杰;馬鶯;;高直鏈玉米淀粉基復(fù)合膜的制備[J];高分子材料科學(xué)與工程;2008年12期

5 王振成;張海濱;金偉;;炭/硅復(fù)合膜的制備與表征[J];中國高新技術(shù)企業(yè);2008年04期

6 李新利;蔣煒;梁斌;;鈀銅復(fù)合膜透氫性和穩(wěn)定性研究進(jìn)展[J];化工進(jìn)展;2008年07期

7 邱增英;鐘世安;;煙酸分子印跡復(fù)合膜的制備及其分離性能研究[J];化學(xué)學(xué)報(bào);2010年03期

8 李小瑞;沈一丁;李剛輝;賴小娟;;疏水化淀粉基復(fù)合膜的制備及性能[J];高分子材料科學(xué)與工程;2010年05期

9 毛慶輝;毛志平;;酚酞型聚芳醚砜/蛭石復(fù)合膜的制備與性能[J];東華大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2010年05期

10 何群華;;堿醇體系下鋁塑復(fù)合膜的鋁塑分離研究[J];廣州化工;2010年12期

中國重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 邱禮平;資名揚(yáng);胡碧君;溫其標(biāo);;天然高分子復(fù)合膜的制備及性能研究[A];“食品加工與安全”學(xué)術(shù)研討會(huì)暨2010年廣東省食品學(xué)會(huì)年會(huì)論文集[C];2010年

2 劉富;左丹英;操建華;朱寶庫;徐又一;;有機(jī)/無機(jī)支撐復(fù)合膜的制備與應(yīng)用[A];第五屆中國功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集Ⅲ[C];2004年

3 劉慶嶺;王同華;張志國;梁長海;郭洪臣;邱介山;曹義鳴;;新型炭/T型分子篩復(fù)合膜材料的設(shè)計(jì)、制備及應(yīng)用[A];第六屆中國功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（7）[C];2007年

4 李安武;熊國興;谷景華;鄭祿彬;;金屬陶瓷復(fù)合膜的制備[A];第二屆中國功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];1995年

5 范曉丹;張襄楷;徐廷獻(xiàn);;煙氣脫硫用γ-Al_2O_3復(fù)合膜的制備與表征[A];第二屆中國膜科學(xué)與技術(shù)報(bào)告會(huì)論文集[C];2005年

6 雷啟福;鐘世安;杜邵龍;彭密軍;周春山;;分子印跡復(fù)合膜的合成及其拆分性能研究[A];第二屆中國膜科學(xué)與技術(shù)報(bào)告會(huì)論文集[C];2005年

7 朱丹;徐海生;王斌;楊昌正;;氧化鋁-高分子多孔復(fù)合膜[A];第三屆中國功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];1998年

8 許振良;;分子印跡復(fù)合膜制備及其手性藥物分離的研究[A];第五屆全國醫(yī)藥行業(yè)膜分離技術(shù)應(yīng)用研討會(huì)論文集[C];2012年

9 苗睿瑛;方勇;唐玲;李建玲;王新東;;直接甲醇燃料電池用離子液體復(fù)合膜的制備及性能研究[A];第二十八屆全國化學(xué)與物理電源學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2009年

10 宋玉軍;孫斌;孫本惠;亨利·勞倫斯;;用界面聚合法制備結(jié)構(gòu)與性能可控的超薄復(fù)合膜的成膜機(jī)理(英文)[A];第二屆中國膜科學(xué)與技術(shù)報(bào)告會(huì)論文集[C];2005年

中國重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 鋁包;復(fù)合膜在我國醫(yī)藥軟包裝中的應(yīng)用[N];中國包裝報(bào);2005年

2 孫志明;復(fù)合膜質(zhì)量控制[N];中國包裝報(bào);2008年

3 林其水;復(fù)合膜生產(chǎn)中兩種常見問題的分析處理[N];中國包裝報(bào);2008年

4 羅小明;2010軟包裝復(fù)合膜加工技術(shù)交流會(huì)在庵埠結(jié)束[N];中國包裝報(bào);2010年

5 孫平;生產(chǎn)復(fù)合膜應(yīng)關(guān)注環(huán)保[N];中國包裝報(bào);2003年

6 鞏海江 趙佩星 鹿曉紅;廣生藥用鋁箔復(fù)合膜項(xiàng)目昨日竣工投產(chǎn)[N];晉中日?qǐng)?bào);2010年

7 科訊;藥品包裝用復(fù)合膜的發(fā)展趨勢[N];中國包裝報(bào);2003年

8 川文;復(fù)合膜生產(chǎn)工藝日趨完善[N];中國包裝報(bào);2004年

9 李;山東全面推行食鹽復(fù)合膜小包裝[N];中國包裝報(bào);2002年

10 曉英;藥品包裝的機(jī)器視覺檢測技術(shù)[N];中國包裝報(bào);2007年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 葉會(huì)見;TDPA改性BaTiO_3/PVDF介電復(fù)合材料的儲(chǔ)能及電子輻照損傷行為[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

2 董峰;基于果蔬包裝的納米纖維素/殼聚糖復(fù)合膜的制備、性能及應(yīng)用[D];東北林業(yè)大學(xué);2015年

3 王連軍;聚酰胺—聚醚嵌段共聚物平板復(fù)合膜的研究[D];大連理工大學(xué);2015年

4 林志峰;無機(jī)及有機(jī)材料復(fù)合膜對(duì)碳鋼腐蝕行為的影響[D];中國科學(xué)院研究生院（海洋研究所）;2011年

5 武春瑞;雜萘聯(lián)苯聚醚酰胺超濾膜及其復(fù)合膜的研究[D];大連理工大學(xué);2006年

6 張宇峰;超低壓高通量聚哌嗪均苯三甲酰胺/聚砜納濾復(fù)合膜的研究[D];天津工業(yè)大學(xué);2004年

7 魏菊;雜萘聯(lián)苯聚醚砜酮超濾膜及其復(fù)合膜的研究[D];大連理工大學(xué);2007年

8 馬靜;生物粘合啟發(fā)下滲透蒸發(fā)復(fù)合膜的制備與酯化反應(yīng)強(qiáng)化[D];天津大學(xué);2010年

9 王明明;抗氧化耐酸分離CO_2膜制備及性能研究[D];天津大學(xué);2012年

10 劉安然;導(dǎo)電高分子復(fù)合膜材料及其電化學(xué)器件[D];清華大學(xué);2012年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 王麗英;玉米醇溶蛋白修飾細(xì)菌纖維素基復(fù)合膜材料的制備及其應(yīng)用研究[D];華南理工大學(xué);2015年

2 張漢泉;親水性陶瓷復(fù)合膜的制備及其分離性能研究[D];華南理工大學(xué);2015年

3 王孝麗;Ag基透明導(dǎo)電復(fù)合膜的制備及性能研究[D];山東建筑大學(xué);2015年

4 閆美玲;無水磷酸法制備納米纖維素及乙�；男訹D];東北林業(yè)大學(xué);2015年

5 吳艷;聚乳酸/聚己內(nèi)酯/百里香酚復(fù)合膜的制備與性能研究[D];昆明理工大學(xué);2015年

6 劉瑞麟;納米TiO_2/Ag~+/殼聚糖膜制備及保鮮性能研究[D];東北林業(yè)大學(xué);2015年

7 張華超;殼聚糖/牛蒡提取液復(fù)合膜制備及應(yīng)用[D];東北林業(yè)大學(xué);2015年

8 朱軍勇;高通量、耐污染荷電納濾復(fù)合膜制備及其脫鹽性能研究[D];鄭州大學(xué);2015年

9 林長生;SiO_2/Al_2O_3/PET復(fù)合膜的制備及其透濕性能研究[D];湖南工業(yè)大學(xué);2015年

10 呂惠玲;聚苯胺/氧化鎢復(fù)合膜的制備及其在中性介質(zhì)中的電化學(xué)活性研究[D];南京理工大學(xué);2015年

，

本文編號(hào)：678183