聚苯胺的制备、碳复合及电容性能的研究

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1、硕士研究生学位论文新疆大学论文题目(中文)：聚苯胺的制备、碳复合及电容性能的研究论文题目(英文)：Preparation,CarbonCompoundandCapacitancePerformanceofPolyaniline研究生姓名：周佳盼学科、专业：化学学位类别：理学硕士研究方向：高分子化学与物理导师姓名职称：米红宇副教授论文答辩日期2015年5月30日学位授予日期年月日摘要聚苯胺作为导电高分子中最重要的一员，受到了国内外科研者的广泛关注。尤其有关聚苯胺碳复合材料的研究已成为其应用研究的热点之一。本论文将聚苯胺(PANI)及其与碳纳米

2、管的复合物作为电化学电容器电极材料。运用扫描电镜(SEM)、比表面积测试(BET)、X-射线衍射(XRD)、红外光谱(IR)和透射电镜(TEM)等手段分别对PANI及其复合物的结构、形貌进行了表征，运用交流阻抗(EIS)、循环伏安法(CV)和恒流充放电(CD)等技术对PANI及其复合物进行了电化学电容性能评价。系统地研究了纳米PANI及其复合物的制备方法、形貌、结构及其电容性能，且达到了预期的研究目的。前言部分概述了超级电容器的结构、原理及其应用，同时还介绍了PANI的结构、导电机理及其制备方法。最后阐述了PANI及其复合物作为超级电容器电

3、极的研究现状及应用前景。采用聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物(P123)辅助的反相微乳体系首度制备出边缘辐射晶须的梭状PANI纳米花。研究了不同聚合方法、反应时间、苯胺单体和P123浓度对PANI形貌的影响。TEM表明：形成的PANI纳米花的宽与长分别约为40～150nm和80～180nm。该样品是具有特殊V形通道和纳米尺寸的多维结构。电化学测试表明：在电流密度为0.5Ag-1时，PANI的放电电容为622Fg-1；高电流密度下(5Ag-1)充放电循环1000圈后，电容保持率达76%。基于其优异的性能，该材料作为超级电容器电极

4、材料有巨大的应用潜能。纳米级单元构成的多孔碳基复合物作为超级电容器电极材料，通常表现出优异的倍率和循环性能。本文采用一种简单且易重复的反相微乳聚合法，制备出由超细纳米纤维组装的多孔核壳型聚苯胺@碳纳米管(PANI@CNT)复合物，并将其作为超级电容器电极材料。通过测试发现：在0.5Ag-1时，PANI@CNT复合物电极比电容为613Fg-1，当电流密度达到2Ag-1时，PANI与PANI@CNT复合物电极的电容保持率分别为76％和84％。此外，在高电流密度5Ag-1下，经过1000次循环后，PANI@CNT复合物电极电容仍保持在初始电容的8

5、0%。这些数据清晰地说明复合物电极的电容性能和循环寿命较纯PANI有了显著提高。这是由于I表面多孔的PANI纳米纤维网络紧密缠绕在CNT表面的独特结构极大地改善了复合物的循环性能。最后，探索了制备更为有序的聚苯胺及其碳复合物的方法。采用低温溶液聚合法，使用硫酸作为掺杂剂，制备出海胆状聚苯胺微球和三维核壳结构的聚苯胺阵列/碳纳米管(PANI/CNT)复合物。测试结果表明：在0.5Ag-1电流密度下，纯PANI电极和PANI/CNT复合物电极的比电容分别为670和772Fg-1；经恒流充放电1000圈后，PANI/CNT电极材料仍有80%的电容

6、保持率。PANI/CNT复合电极材料具备高的比电容、优异的倍率特性和长的循环寿命，有望将其应用于超级电容器。关键词：聚苯胺;碳纳米管;复合物;反相微乳聚合法;电化学性能IIAbstractPolyaniline(PANI)asthemostimportantconductivepolymer，hasreceivedwideattentionforresearchersdomesticandoversea.Inparticular,studyonPANI/carboncompositeshasbecomeoneofthehotspotsofi

7、tsappliedinvestigation.Inthispaper,PANIanditscompositeswithcarbonnanotubes(CNTs)aselectrochemicalcapacitorelectrodematerialsareproposed.Thestructureandmorphologyoftheproductswerecharacterizedby(Scanningelectronmicroscope)SEM,(Brunauer-Emmett-Teller)BET,X-raydiffraction(XRD

8、),Infraredspectra(IR)andTransmissionelectronmicroscopy(TEM).Theelectrochemicalcapacitance