论文——聚苯胺纳米线阵列三维泡沫石墨烯的制备及在超级电容器中的应用

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1、聚苯胺纳米线阵列/三维泡沫石墨烯的制备及在超级电容器中的应用摘要：三维泡沫石墨烯具有三维多孔的结构，可提高其与电解液的接触面积，同时延续了二维石墨烯优异的导电性能和机械性能，是一种非常优异的超级电容器材料。但是三维泡沫石墨烯的比电容仍不够理想。将聚苯胺阵列垂直生长在三维泡沫石墨烯上面可同时发挥两种材料的性能优势，有效的提高材料的电化学性能，成为目前储能材料研究的热点。本文综述了聚苯胺纳米线阵列/三维泡沫石墨烯的制备方法，并简述了其在超级电容器方面的应用。关键字：聚苯胺纳米线阵列，三维泡沫石墨烯，化学气相沉积，超级电容器Prepar

2、ationsofpolyanilinenanowirearrays/3DgraphenefoamanditsapplicationsinthesupercapacitorAbstract:3Dgraphenefoamretainstheexcellentmechanicalpropertiesandconductivityofgraphene,andcanimprovethecontactareawiththeelectrolytebecauseofitsunique3Dporousstructure.Soitisaveryout

3、standingsupercapacitormaterial.However,itsspecificcapacityisnothigh.Polyanilinenanowirearrarysgrownonthesurfaceof3Dgraphenefoamcangiveafullplaytwokindsofmaterialsperformanceadvantagesandeffectivelyimprovetheelectrochemicalperformanceofsupercapacitor.Moreandmoreresearc

4、herspayattentiontoit.Thispaperreviewsthepreparationmethodsofpolyanilinenanowirearrays/3Dgraphenefoamanditsapplicationinthefieldofsupercapacitor.Keywords:Polyanilinenanowirearrays,3Dgraphenefoam,Chemicalvapordeposition,Supercapacitor超级电容器作为一种新型储能元件，具有容量大、功率密度高、循环寿命长和使用

5、温度范围宽等优点。这种绿色能源有望在电子通讯、电动汽车和航空航天等领域大规模使用[1]。根据储能机理不同，超级电容器可以分为双电层超级电容器和赝电容超级电容器[2,3]。双电层电容器主要是利用电解液与电极间的界面上形成相反电荷，造成两电极间的电势差来储存能量。双电层电容器电极材料主要以高比表面积的碳基活性材料（碳纳米管、石墨烯等）为主。赝电容器主要是电极表面或附近发生快速且可逆的氧化还原反应来实现储能。电极材料主要是过度金属氧化物和导电聚合物，它们拥有着高的理论比容量。石墨烯是由碳原子紧密堆积成的单层二维碳材料，因其特殊的结构，拥

6、有优异的电学、光学和机械性能和高的比表面积[4]。三维石墨泡沫烯继承了二维石墨烯的优良性能，具有更大的比表面积[5,6]。虽然石墨烯有着诸多优点，但是由于碳材料的储存机理有限，基于石墨烯材料的超级电容器的比电容只有100-200Fg-1。而导电聚合物因为具有比碳材料更高的比电容，且易制得、易处理等吸引广泛关注，特别是垂直有序的聚苯胺纳米线阵列具有着很好的比电容[7,8]。因此，将三维泡沫石墨烯与聚苯胺纳米线阵列复合，一方面解决了三维石墨烯比电容低的问题，另一方面充分利用了两者的协同效应来提高超级电容器的循环稳定性。在本文中主要综述

7、了聚苯胺纳米线阵列/三维泡沫石墨烯的制备方法并介绍了其在超级电容器方面的应用。1三维泡沫石墨烯的制备这些年，发展出很多制备三维泡沫石墨烯的方法。总结起来大体可以分为两大类：化学自组装法[9]，化学气相沉积法（CVD）[10]。51.1化学自组装法化学自组装法制备三维泡沫石墨烯主要是通过氧化石墨（GO）凝胶分散后，将GO还原成还原氧化石墨烯（rGO）得到的。在一个稳定的GO溶液中，来自GO片的范德华力与官能团的静电排斥保持平衡，一旦这个平衡被打破就会导致凝胶过程发生。在整个凝胶过程中GO片开始相互搭接、交联形成稳定的三维结构。在GO

8、气凝胶被还原后获得3DrGO网络结构。很多方法都可以触发GO的凝胶过程，例如添加交联剂、改变GO溶液的PH值或者对GO溶液进行超声处理等。自组装方法中除了通过GO片凝胶过程形成3D石墨烯外，还可通过溶胶-凝胶反应、水热法、化学还原、冷冻干燥等实现[