聚苯胺石墨烯ti0_2纳米管阵列复合材料的制备及其在超级电容器的应用

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1、聚苯胺/石墨烯/TiO2纳米管阵列复合材料的制备及其在超级电容器的应用重庆大学硕士学位论文（学术学位）学生姓名：黄华指导老师：甘孟瑜教授专业：化学学科门类：理学重庆大学化学化工学院二O一五年四月FabricationofPolyaniline/graphene/titaniaNanotubeArraysNanocompositeandtheirApplicationinSupercapacitorsAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementforthe

2、Master’sDegreeofScienceByHuangHuaSupervisedbyProf.GanMengyuSpecialty:ChemistryCollegeofChemistryandChemicalEngineeringofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaApril2015重庆大学硕士学位论文中文摘要摘要目前，超级电容器储能设备得到了飞速的发展，是因为其拥有高的功率密度和能量密度、快速充放电、循环寿命长等优点。制备出一种复合的兼具各类电极材料优点的超级电容器电极材料已经是当前的讨论热点。聚苯胺（PAN

3、I）凭借其可控的电导率，可逆的氧化还原状态，易合成，较高的能量存储等优势，作为一种导电聚合物电极材料，受到了研究者们的亲睐。但是，PANI很容易在循环充放电过程当中结构坍塌，致使其稳定性降低。石墨烯（GE）和二氧化钛纳米管阵列（TiO2NTs）由于其独特的性能，而成为人们研究的热点，本文把PANI与GE、TiO2NTs复合以制备出一种高比电容性能的纳米复合电极材料。采用阳极氧化法制备TiO2NTs，然后把PANI沉积到TiO2NTs内，制备了PANI/TiO2NTs复合材料，这种复合材料由于PANI不可避免的堆积在管上，致使该复合材料稳定性差。在此基础上

4、，本文优先引入GE，制备了PANI/GE/TiO2NTs（PGTNs）复合材料。然后对PGTNs复合材料进行循环伏安曲线和交流阻抗曲线测试、比电容计算，探讨苯胺（An）浓度、HCl浓度以及GE用量对PGTNs性能的影响，得到了PGTNs制备的最佳优化条件。采用红外光谱（FT-IR）、X-射线衍射（XRD）、拉曼光谱和扫描电镜（SEM）等检测手段对TiO2NTs、GE、PANI/TiO2NTs（PTNs）和PGTNs复合材料进行结构和形貌表征，并在1MHCl体系中，采用循环伏安、交流阻抗分析和充放电测试，探讨GE对复合材料的影响，研究复合物的比电容性能和循

5、环稳定性。此外，还用TiO2纳米粒制备了PANI/TiO2纳米粒复合材料（PT-NPs）和PANI/GE/TiO2纳米粒（PGT-NPs）复合材料，研究了它们的结构、形貌和电化学性能。研究结果表明：当An浓度为0.1mol/L，HCl浓度为1mol/L，GE含量为苯胺8%时，PGTNs复合材料的电化学性能最佳。SEM表明，GE的加入改变了TiO2NTs上PANI杂乱无序的堆叠，增加了PANI的有效利用。电化学性能研究结果表明，-1-1-1在0.75Ag的电流密度下，PGTNs复合材料比电容达到933F·g。在10Ag的电流密度下循环充放电1000次，该复

6、合材料的电容保留率是91%。不论是比电容还是稳定性均高于相同条件下制备的PTNs。对TiO2颗粒、PANI、PT-NPs和PGT-NPs-1进行结构、形貌及电化学表征分析，结果表明，在0.75Ag的条件下，PGT-NPs、-1-1PT-NPs复合材料和PANI的比电容能分别为540、456和351F·g。在10Ag的电流密度下循环充放电1000次，其电容保留率依次为84%、78%和56%。可以看出，纳米管阵列复合材料PGTNs比颗粒状的复合材料PGT-NPs的电化学性能要优。关键字：聚苯胺，二氧化钛，石墨烯，超级电容器，电化学性能I重庆大学硕士学位论文英

7、文摘要ABSTRACTInrecentyears,supercapacitorhasbeenakindofenvironmentallyfriendlyenergystorageforitsadvantages,suchashighenergydensity,rapidlycharge-dischargeability,long-termcyclelife,etc.Supercapacitorelectrodematerialscanbebasicallydividedintothreetypes,carbonmaterial,metaloxideand

8、conductivepolymer.Preparingsupercapacito