聚苯胺纳米材料的电化学性能研究.pdf

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1、SYNTHESISOFPIA卜ⅡNANOMATEⅪALSANDTHEIRELECTROCHEⅣⅡCALPERFORMANCESADissertationSubmittedtotheGraduateSchoolofHenanNormalUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofScienceByWangFengSupervisor：Prof．GaoZhiyongMay2014摘要超级电容器是一种介于传统电容器an-

2、次电池之间的一种新型能量存储装置，其主要优点是高功率、长寿命，不足之处则是低能量密度，即较低的电容性能。超级电容器包括双电层电容器和赝电容器。比起双电层电容器来说，法拉第赝电容电容器具有更高的能量密度，但由于法拉第电容器充放电过程中发生了氧化还原反应，造成其循环性能较差。将双电层电容材料和法拉第电容器材料复合，能在提高电容的同时改善循环性能，从而在整体上提高材料的电化学性能。聚苯胺是一种常见的P型导电聚合物，具有较高的赝电容性质。本文针对聚苯胺的较高赝电容及较低循环性能等特性，从两方面进行电容材料设计。一是

3、通过化学嫁接的方法合成石墨烯．聚苯胺的二元复合材料，优化复合材料的双电层及赝电容的性质；二是以聚苯胺作为碳氮源，通过碳化形成含氮的碳材料。所得氮掺杂碳材料兼具赝电容及双电层电容特性，能在保留碳材料的稳定性的同时，获得较高比容。本文主要内容如下：(1)将氨基化的石墨烯作为活性基质，诱导苯胺在其表面的化学键合和聚合反应，制备出了a．G．PANI复合材料。聚苯胺的赝电容特性，石墨烯的良好导电性、高比表面积及两者之间的共轭连接使之具有422F／g的比容，显示出两种组分对复合材料总体电容性能的协同作用。(2)以聚苯胺

4、纤维作为原料，通过碳化和活化制备出氮掺杂多孔碳材料。不同的活化温度下得到的样品的氮含量及电容特性也较大差别，其中，600oC活化样品的赝电容性质较明显，在电压范围为．1．1V电流密度为1A／g时比容可达273F／g，800oC活化样品的碳化程度更高，电压范围为．1．1V电流密度为2A／g时，经过1000个循环后，电容可保持99．4％。(3)通过温和的水相反应，将Au前驱体引入介晶氧化亚铜空心纳米立方，合成了Cu20-Au复合物，所形成的金纳米颗粒提高了复合物对葡萄糖氧化的电化学活性。合成CuzO-Au复合物

5、的非酶电流生物传感器表现出较高的灵敏度(55．89mA／mM)，较宽的线性范围宽(O．5laM到0．5mM，相关系数O．9993)，较低检出限低(2．05uM)和良好的抗干扰能力。可用作潜在的电化学传感材料用于血糖临床检测。关键词：超级电容器，聚苯胺，化学嫁接，氮掺杂多孔碳ABSTRACTSupercapacitorisanewtypeofenergystorageandsupplydeviceliebetweentraditionalcapacitorandsecondarybattery,whichpo

6、ssessesthemeritsofhighpowerdensityandlongcyclinglifetimewhiletheshortageoflowenergydensity,v／z．10wcapacitancerelativetosecondarybattery．SupercapacitorCanbeclassifiedintoelectricdoublelayer(EDL)capacitorandpseudocapacitor．Ingeneralpseudocapacitorownshighere

7、nergydensitythanEDLcapacitor,buttheredoxtransformationduringcharging／dischargingprocessresultsinworsecyclingstability．ThecombinationofEDLcapacitiveandpseudocapacitivematerialsiscapableofimprovingtheoverallcapacitiveperformance．Polyanilien(PANI)isacommonP-t

8、ypeconductivepolymerwithhighpseudocapacitance．BasedonthehighpseudocapacitancecharacteristicandthelowcyclingstabilityofPANI，inthisthesis，wemainlydesigncapacitivematerialsfromthefollowedtwoapproaches：1，Thegraph