三维聚苯胺石墨烯复合材料和氮掺杂石墨烯的研究

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1、学校代号10532学号S12131035分类号O632.6密级公开硕士学位论文三维聚苯胺/石墨烯复合材料和氮掺杂石墨烯的研究学位申请人姓名谭兮亦培养单位材料科学与工程学院导师姓名及职称钟文斌副教授学科专业材料科学与工程研究方向高分子材料论文提交日期2015年04月28日学校代号：10532学号：S12131035密级：公开湖南大学硕士学位论文三维聚苯胺/石墨烯复合材料和氮掺杂石墨烯的研究学位申请人姓名：谭兮亦导师姓名及职称：钟文斌副教授培养单位：材料科学与工程学院专业名称：材料科学与工程论文提交日期：2015年04月28日论文答辩日期

2、：2015年06月01日答辩委员会主席：陈小华教授StudyofPANI/GrapheneCompositesandN-DopedGraphenebyTANXiyiB.E.(HuaibeiNormalUniversity)2012AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftherequirementsforthedegreeofMasterofScienceinMaterialsScienceintheGraduateSchoolofHunanUniversitySupervisorAssociat

3、eProfessorZhongWenbinMay,2015湖南大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写的成果作品。对本文的研巧做出重要贡献的个人和集体，均已在文中ｙｊｌ明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：＾赛日期：兴年６月ｎ日巧学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部口

4、或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可Ｗ将本学位论文的全部或部分内容编入レ有关数据库进行检索，可ッ采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于１、。保密□，在年解密后适用本授权书２、不保密Ｅｉ。＂＂（请在［＾上相应方框内打Ｖ）／作者签名：务日期：７化年６月＾日＜导师签名：日期：年居月１日三维聚苯胺/石墨烯复合材料和氮掺杂石墨烯的研究摘要超级电容器是一种具有高性能的绿色环保的能量储存装置。对超级电容器的研究主要集中在寻找具有更高电化学性能

5、，更易制备生产的新型电极材料。石墨烯作为电极材料时，因其独特的结构和优良的电学性质受到了广泛的关注和研究。然而，由于结构完整的石墨烯片之间的强烈作用力使得单纯的石墨烯作为电极材料时受到极大的限制。将石墨烯与导电聚合物复合或是对石墨烯掺杂改性均能提高石墨烯材料的电化学性能，是一种解决上述问题的有效途径。基于以上讨论，本文用两种方式形成了石墨烯/聚苯胺复合物和两种途径制备出了高电化学性能的氮掺杂石墨烯。(1)将石墨烯与对苯二胺通过水热反应形成的水凝胶(NGH-10)，然后利用重氮化反应将NGH-10进行功能化改性，最后经过原位聚合形成了聚

6、苯胺共轭接枝石墨烯水凝胶(NGH-PANI-0.01M)。通过Raman,XPS,XRD等测试手段说明了NGH-10具有明显的三维网络结构，结构稳定，且其体积不随水热时间改变而改变；NGH-PANI-0.01M中聚苯胺以共价键的形式接枝到石墨烯上，通过SEM观察发现，聚苯胺以膜的形式附着于石墨烯片层上。通过电化学测试，NGH-10具有较高的电化学性能和稳定性（1000次循环后有98.2%的剩余量）。NGH-PANI-0.01M充分利用了石墨烯与聚苯胺之间的协同效应，能够达到684F/g的电容量，并且循环性能良好（1000次循环后有94

7、.4%的剩余量）。(2)将石墨烯与具有电化学活性的木质素磺酸钠通过水热法，构建出了具有三维网络结构的水凝胶(GO/SL4)，在此结构的基础上，通过原位聚合聚苯胺，成功的将聚苯胺复合于石墨烯木质素磺酸钠三维网络中，得到了石墨烯/聚苯胺复合物(GO/SL4/PANI0.1)。XRD,XPS和FT-IR等测试表明，经木质素磺酸钠掺杂后，聚苯胺处于质子酸掺杂的中间氧化态，其结构得到了优化，它与石墨烯之间存在的协同效应也得到了更充分的发挥。电化学性能测试表明GO/SL4/PANI0.1具有优秀的电化学性能，在1A/g时电容可达820F/g，且经

8、过1000次循环后仍有92.49%的电容保留量。(3)在低温焙烧的条件下，以吡啶为氮源，氧化镍为催化剂，同时进行氮原子掺杂和催化碳化的方法获得了氮掺杂石墨烯(GOPD300Ni1.7)。通过TEM,XRD,XPS和Ram