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功能化石墨烯/聚苯胺复合材料的制备及电化学性能研究

作　者: 汪丽丽
导　师: 张邦文
学　校: 内蒙古科技大学
专　业: 材料物理与化学
关键词: 聚苯胺 石墨烯 功能化 超级电容器 复合材料
分类号: TM53
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


超级电容器是一种绿色新型储能器件，兼有传统电容器和电池的特性，具有功率密度高、充电速度快、循环寿命长、环境友好和成本低等优点，满足了当今储能器件的技术指标和环保要求。作为超级电容器核心技术的电极材料，目前使用较多的有碳材料、导电聚合物以及金属氧化物，它们有各自的优点和缺点，通过材料复合，结合这些不同材料的优点，是当前超级电容器领域的研究热点。首先，本论文以氧化石墨烯（GO）为原料，分别用十八胺（ODA）和对苯二胺（PPD）对其功能化，然后用水合肼还原，得到十八胺功能化石墨烯（ODA-G）和对苯二胺功能化石墨烯（PPD-G）。沉降实验研究显示，这两种功能化石墨烯均能在三氯甲烷、无水乙醇中均匀分散，长时间内不发生团聚沉降，为随后石墨烯与聚合物的溶液复合创造了有利条件。其次，使用化学氧化聚合法合成了导电聚苯胺，探讨了氧化剂过硫酸铵（APS）、苯胺单体（An）用量以及质子化溶液盐酸浓度对聚苯胺（PANI）电导率的影响，当反应温度为0-5℃，APS/An的摩尔比为1∶1，盐酸浓度为1.5mol/L时，聚苯胺的电导率最高为0.0223S/cm。随后，研究了聚苯胺在不同导电剂时的超级电容器性能，电容最高可达274F/g。最后，采用溶液混合法制备出了ODA-G/PANI、PPD-G/PANI两种复合材料。在0.1mol/L H2SO4的电解液、电流密度0.6A/g下进行的电化学实验显示，两种复合材料的比容量分别为641、378F/g，都高于纯聚苯胺。ODA-G/PANI体系性能明显优于PPD-G/PANI体系，当PANI负载2wt%的ODA-G时，比容达到最佳值641F/g，200次充放电后ODA-G/PANI电极材料的最高比容仍能保持96%，远远高于纯PANI的76%，说明掺杂ODA-G作为导电剂和增强骨架，能大大提高了PANI基体的比电容及其循环特性，并提高这种电极材料的使用寿命。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-9
引言  9-10
1 研究背景  10-27
  1.1 超级电容器概述  10-16
    1.1.1 发展历史和产业现状  10-11
    1.1.2 超级电容器的工作原理  11-15
    1.1.3 超级电容器的特点及应用  15-16
  1.2 石墨烯的发现与应用  16-20
    1.2.1 石墨烯的结构  16-17
    1.2.2 石墨烯的性质与应用  17-18
    1.2.3 石墨烯的表面改性  18-20
    1.2.4 石墨烯作为超级电容器电极的研究  20
  1.3 聚苯胺在超级电容器方面的应用  20-22
    1.3.1 聚苯胺的结构及导电机理  20-21
    1.3.2 聚苯胺的性质  21-22
  1.4 聚苯胺复合材料作为超级电容器电极的研究  22-24
    1.4.1 聚苯胺/金属氧化物复合材料研究  22-23
    1.4.2 聚苯胺/碳复合材料的电容性能研究  23-24
  1.5 研究目的、意义和内容  24-27
    1.5.1 研究意义及存在的问题  24-25
    1.5.2 本文研究内容  25-27
2 实验试剂、仪器设备和测试方法  27-32
  2.1 主要实验原料及仪器设备  27-28
  2.2 结构表征  28
  2.3 电化学测试方法及其原理  28-32
    2.3.1 循环伏安（CV）特性测试法  29-30
    2.3.2 交流阻抗测试（EIS）  30-31
    2.3.3 恒流充放电测试  31-32
3 石墨烯的功能化及还原  32-41
  3.1 实验部分  32
    3.1.1 不同功能化石墨烯的制备  32
    3.1.2 沉降实验  32
  3.2 结果与讨论  32-39
    3.2.1 表征结果与讨论  32-37
    3.2.2 沉降实验  37-39
  3.3 本章小结  39-41
4 不同导电剂对聚苯胺电容性能影响的研究  41-48
  4.1 实验部分  41-42
    4.1.1 聚苯胺的制备  41
    4.1.2 聚苯胺电极的制备  41-42
  4.2 结果与讨论  42-47
    4.2.1 聚苯胺的结构表征  42-43
    4.2.2 不同制备条件对聚苯胺电导率的影响  43-44
    4.2.3 聚苯胺在不同导电剂时的电容性能  44-47
  4.3 本章小结  47-48
5 石墨烯/聚苯胺复合材料的制备及电化学性能研究  48-61
  5.1 实验部分  48
    5.1.1 ODAG/聚苯胺复合材料电极的制备  48
    5.1.2 PPDG/聚苯胺复合材料电极的制备  48
  5.2 结果与讨论  48-59
    5.2.1 复合材料的表征结果  48-49
    5.2.2 石墨烯/聚苯胺复合材料的电容性能研究  49-59
  5.3 本章小结  59-61
结论  61-62
参考文献  62-66
在学研究成果  66-67
致谢  67

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电器 > 电容器
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