三维石墨烯_聚苯胺复合材料的制备及电化学性能研究

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1、中图分类号：TM911论文编号：102870618-SZ052学科分类号：085204硕士学位论文三维石墨烯/聚苯胺复合材料的制备及电化学性能研究研究生姓名任嘉慧专业类别工程硕士专业领域材料工程指导教师李金焕副教授南京航空航天大学研究生院材料科学与技术学院二О一八年一月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofMaterialScienceandTechnologySynthesisandElect

2、rochemicalPropertiesofThree-dimensionalGraphene/PolyanilineCompositesAThesisinMaterialsEngineeringbyJiahuiRenAdvisedbyProf.JinhuanLiSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringJanuary,2018承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行

3、的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期:2018.04南京航空航天大学全日制专业学位硕士学位论文摘要石墨烯具有优良的导电率，高的理论比表面积和优异的机械性能，被认为是最有应用

4、前景的电极材料，然而，在实际应用中石墨烯由于自身的堆积作用使得其理论比表面积不能完全被利用。聚苯胺因其具有环境和化学稳定性好，易合成，高的导电率，快速可逆氧化还原状态和高的理论比电容等优点而备受青睐，但是，在循环充放电过程中，由于PANI自身体积的膨胀与收缩而造成体积的改变，从而严重降低了其电化学稳定性。为此，将PANI与石墨烯复合，制备出石墨烯/PANI复合材料是有效解决上述问题的方法。本论文采用原位聚合的方法，调控两者之间的组成与结构，获得具有优良电化学性能的三维石墨烯/聚苯胺复合材料，主要内

5、容如下：（1）利用水热还原的方法，将氧化石墨烯分散液（GO）自组装形成三维石墨烯气凝胶（GA），并对产物采用XRD、FT-IR、Raman、TGA、SEM等方法进行结构表征，同时对气凝胶的电化学性能进行了探讨分析。研究结果表明，当浓度为7mg/mL时，石墨烯气凝胶的电化学性能最佳，它的CV曲线呈矩形，表现出双电层电容性能，比电容值达到291F/g，而且电阻很小，具有优异的循环稳定性，在经过2000次循环充放电，比电容值仍能保持初始值的98%。（2）利用原位聚合的方法将聚苯胺负载到石墨烯气凝胶中，得

6、到三维石墨烯/聚苯胺气凝胶(GAP)，利用FT-IR、Raman、XRD、SEM及TEM等方法对聚苯胺及GPA进行了结构和成分表征，并对其电化学性能进行了分析。研究结果表明，聚苯胺的加入，改变了气凝胶的成分和组成，使得气凝胶电化学性能大大提高，该复合材料既表现出双电层电容又具有赝电容，在1A/g的电流密度下，比电容可以达到618F/g，具有良好的倍率性能，而且在10A/g的电流密度下循环放电2000圈后，电容保留89%，具有优异的循环稳定性。（3）同样采用原位聚合的方法自组装制备了以聚苯乙烯微球为

7、模板的石墨烯/聚苯胺复合材料，成功将PS微球添加后除去，改变了气凝胶的孔隙率，该复合材料的电容性能得到改善，在1A/g的电流密度下，比电容可以达到498F/g，具有良好的倍率性能，内阻小而且在10A/g的电流密度下循环放电2000圈后，电容保留91%，具有优异的循环稳定性。关键词：超级电容器，石墨烯，气凝胶，聚苯胺，电化学性能，复合材料I三维石墨烯/聚苯胺复合材料的制备及电化学性能研究ABSTRACTGrapheneisoneofthemostpromisingusedelectrodemater

8、ialsforsupercapacitorsbecauseofithasmanyspecialproperties,suchashighelectricalconductivity,hightheoreticalspecificareaandsuperiormechanicalproperties.However,thesurfaceareaofgraphenecannotbefullyutilizedduetotheaggregationofgraphene.Polyanilin