硝酸活化碳气凝胶纳米复合材料的制备表征及其在超级电容器中的应用.pdf

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1、物理化学学报(『fHuaxueXuebao)FebruaryActaP．-Chim．Sin．2016，32(2)，493—502493[Article]doi：10．3866／PKU．WHXB201511131WWW．whxb．pku．edu．cn聚吡咯，硝酸活化碳气凝胶纳米复合材料的制备表征及其在超级电容器中的应用李亚捷倪星元沈军刘冬刘念平周小卫(同济大学物理科学与工程学院，上海市特殊人工微结构材料与技术重点实验室，上海200092)摘要：通过化学氧化聚合法制备出不同比例的聚吡咯(PPY)／硝酸活化碳气凝胶(HCA)复合材料。采用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和扫描电子显微镜(SEM)表征

2、材料的成分和形貌，结果表明，通过硝酸活化及与聚吡咯的复合，并未破坏碳气凝胶的多孔形貌，硝酸活化碳气凝胶及聚毗咯／硝酸活化碳气凝胶都仍然保持着原碳气凝胶的三维纳米多孔结构。采用对照实验的方法，设计并合成五组不同配比的复合材料，聚吡咯与硝酸活化碳气凝胶的质量比例分别为3：1、2：1、1：1、1：2、1：3，通过循环伏安法，恒流充放电，交流阻抗及循环性测试等考察材料的电化学性能。结果证明，当聚吡咯与硝酸活化碳气凝胶比例为1：1时，复合材料显示出最优电化学性能：比电容高达336F·g～，是纯碳气凝胶(103F·g1)的三倍有余，除此还显示出卓越的导电性与循环稳定性，2000次循环后仍保持初始电容的91

3、％，具备优良的超级电容器电极材料性能。因此聚吡咯，硝酸活化碳气凝胶复合纳米材料是超级电容器的理想电极材料。关键词：活化碳气凝胶；聚吡咯；超级电容器；化学氧化聚合法；复合电极材料；电化学性能中图分类号：0646PreparationandPerformanceofPoIypyrrOIe，NitricAcidActivatedCarbonAerogelNanocompositeMaterialsforSupercapacitorsLlYa-JieNIXing-Yuan‘SHENJunLIUDongLIUNian—PingZHOUXiao—We(ShanghaiKeyLaboratoryofSpec

4、ialArtificialMicrostructureMaterialsandTechnology,InstituteofPhysicalScienceandEngineering,TongjiUniversity,Shanghai200092，户R．China)Abstract：Polypyrrole(PPY)／nitricacid(HNO3)activatedcarbonaerogel(HCA)compositesarepreparedthroughchemicaloxidativepolymerizationwithdifferentPPY／HCAmassratios．Fouriertr

5、ansforminfraredfFT_IR)spectroscopyandscanningelectronmicroscope(SEM)wereemployedtoinvestigatethecomponentsandmorphologyofthesamples．Theresultsdemonstratethatthesynthesizedmaterialsmaintainthethree—dimensionaInanoporousstructureofthecarbonaerogeJ(CA)：theactivationbynitricacidandcompositionwithPPYdono

6、tdestroytheporousstructureofthecarbonaerogeIandthecomplexstilIhastheoriginalthree-dimensionaInanoporousstructure．Compositeswithdiferentmassratios(3：1，2：1，1：1，1：2，1：3)ofPPY／HCAwerepreparedandtheelectrochemicalpropertiesweremeasuredbycyclicvoltammetrY,galvanostaticcharge．dischargetest．andelectrochemic

7、aIimpedancespectroscopy．TheresultscOnfirmthatthePPY／HCAcompositewitharatioof1：1exhibitsthebestelectrochemicaIperformances；ithasahighspecificcapacitanceof336F·g-。，whichiSmorethantwotimeshigherthanthato