聚苯胺—金属氧化物复合材料的制备及其气敏和电化学性能的研究

发布时间：2018-04-12 09:11

  本文选题：聚苯胺 + SnO_2　； 参考：《武汉工程大学》2015年硕士论文

【摘要】：本文利用水热法,以SnCl4·5H_2O为原料,葡萄糖为形貌控制剂,制备出珊瑚状SnO_2介孔材料,采用经典的化学氧化聚合法合成了盐酸掺杂聚苯胺,并以制备好的珊瑚状SnO_2为模版进行苯胺的原位聚合,合成出了三种SnO_2掺杂量不同的聚苯胺/SnO_2复合材料。通过FT-IR、XRD、FE-SEM、TEM、BET等测试手段对聚苯胺、珊瑚状SnO_2及聚苯胺/SnO_2复合材料进行了表征,并对聚苯胺/SnO_2复合材料在NH3、三甲胺、SO_2气氛下的气敏性能和作为超级电容器材料的电化学性能及电容特性进行了研究。主要结论如下:1.复合材料的气敏性能:所制备的SnO_2为四方晶系金红石结构。通过Willamson-Hall法评估,SnO_2的平均粒径为10.6 nm。SnO_2材料的表面形貌类似于海底的珊瑚,深层为介孔结构,孔径尺寸5.6 nm,材料的比表面积高达63.3m2/g。高比表面积和介孔结构有利于气体的吸附与脱附,因此以珊瑚状SnO_2为模版制备出的复合材料具有较多的气体分子通道及较大的比表面积。气敏测试结果显示,所制备的三种SnO_2掺杂量不同的聚苯胺/SnO_2复合材料当中,聚苯胺与SnO_2的质量比为70:30时,聚苯胺/SnO_2复合材料对NH3、三甲胺、SO_2的灵敏度与响应恢复特性最好。因此我们将盐酸掺杂聚苯胺与30%wt掺杂率的聚苯胺/SnO_2复合材料的气敏性能进行了对比测试。气敏测试结果显示,聚苯胺/SnO_2相对于盐酸掺杂聚苯胺在室温下对不同浓度氨气及三甲胺的灵敏度均提高了1倍以上。其中聚苯胺在较低的200 ppm氨气气氛下的响应时间为200 s以上且很难恢复;而相同条件下的聚苯胺/SnO_2的响应恢复速度较快,分别为60 s和500 s。于较高浓度的600 ppm氨气中聚苯胺的响应时间为150 s,恢复时间超过1000 s;而同等条件下聚苯胺/SnO_2的响应恢复时间仅为40 s和540 s。可以看出,珊瑚状SnO_2的加入提升了聚苯胺对于氨气的气敏性能,这与珊瑚状SnO_2与聚苯胺产生的良好协同作用有关。聚苯胺/SnO_2复合材料在不同浓度的三甲胺中也展现出更好的响应恢复性能。聚苯胺/SnO_2对200 ppm三甲胺的响应时间为480 s,恢复时间为530 s;而聚苯胺在200 ppm的响应时间为490 s,恢复时间在800 s以上。在较高浓度的600 ppm三甲胺中,聚苯胺/SnO_2与聚苯胺气体传感器的响应时间接近,可聚苯胺/SnO_2的恢复速率更快。掺杂珊瑚状SnO_2后的聚苯胺在室温下对不同浓度SO_2的灵敏度增加明显,在200 ppm SO_2下的灵敏度为1.6,在600 ppm SO_2下的灵敏度为5.7,而未掺杂时的灵敏度分别为1.2和2.2,同时聚苯胺/SnO_2复合材料灵敏度的时间稳定性较盐酸掺杂聚苯胺也有较大的提升。2.聚苯胺/SnO_2复合材料的电化学性能及电容特性:以珊瑚虫形貌SnO_2为模版制备出聚苯胺/SnO_2复合材料拥有较高的比表面积及更多的分子通道,使复合材料与电解液的接触面积更大的同时具有更多的电化学反应活性点,其储能性能相对于聚苯胺也有了明显的提高。利用循环伏安扫描、恒电流充放电及交流阻抗测试对材料的电化学性能及电容特性进行表征。表征结果显示,在0.15 A/g的电流密度下,珊瑚状SnO_2掺入量相对于复合材料含量分别为15、30 wt%时,其比电容分别为385、440 F/g,高于聚苯胺的304 F/g,复合材料电极表面与电解液之间的电阻分别为2.5?、2.3?,低于聚苯胺的3.7?,同时复合材料的倍率特性和使用寿命也获得明显的增强。
[Abstract]:The gas - sensitive properties of polyaniline / SnO _ 2 composites were studied by means of FT - IR , XRD , FE - SEM , TEM and BET . The reaction time of polyaniline / SnO _ 2 composite was higher than that of polyaniline / SnO _ 2 composite . The sensitivity of polyaniline / SnO _ 2 composite was higher than that of polyaniline . The sensitivity of polyaniline / SnO _ 2 composite was higher than that of polyaniline .

【学位授予单位】：武汉工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB332

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本文编号：1739102