PANI/煤基石墨烯宏观体复合材料的制备及其电化学性能
发布时间：2021-04-19 05:43
以太西无烟煤为原料,采用催化热处理、改良Hummers氧化等方法,制备煤基氧化石墨烯（CGO）,进而以CGO和聚苯胺（PANI）为前驱体,采用水热自组装法,制备得到PANI/石墨烯宏观体复合材料（3D-PCG）。采用FT-IR、XRD、Raman、SEM和TEM等技术,研究了材料的组成、结构和形貌,考察了3D-PCG的电化学性能。结果表明,PANI以纳米棒状形态均匀镶嵌在煤基石墨烯宏观体（3D-CG）的网状结构中;当PANI与CGO质量比为1:2时,3D-PCG的电化学性能优于PANI和3D-CG,其比电容可达663 F·g-1。
【文章来源】：化工学报. 2017,68(11)北大核心EICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
PANI}3D-CG和3D-PCG-2的红外光谱图
第11期www.hgxb.com.cn·4319·图2PANI、3D-CG和3D-PCG-2的红外光谱图Fig.2FT-IRspectraofPANI,3D-CGand3D-PCG-2图3PANI、3D-CG和3D-PCG-2材料的XRD谱图Fig.3XRDpatternsofPANI,3D-CGand3D-PCG-2图。由图3可见，3D-CG的XRD曲线在2θ=25o附近出现了一个较为尖锐的衍射峰，d=0.36nm，小于CGO的面间距（0.86nm），且大于石墨的面间距（0.336nm），说明水热反应已部分去除了CGO表面的含氧官能团，得到了3D-CG。另外，从图3还可看出，PANI在9.41°（001）、14.96°（011）、20.76°（020）和25.26°（200）处存在较明显的特征衍射峰。3种材料均在25°附近有较明显的特征衍射峰，但3D-PCG-2的峰宽较大、强度较低。此外，3D-PCG-2在14.96°、20.76°存在较微弱的衍射峰，这在一定程度上可能是与3D-CG较无序的晶型结构有关。图4为PANI、3D-CG和3D-PCG-23种材料的拉曼光谱图。从图4可看出，PANI在1156cm1左右出现分子链上醌/苯结构的C—H面内和面外弯曲振动峰，1367cm1处出现芳香胺Ar—N的伸缩振动峰，1593cm1处出现苯环上的CC伸缩振动峰，1454cm1处的峰则对应半醌自由基阳离子结构。对3D-PCG-2而言，1367和1593cm1处出现的峰是因为PANI与3D-CG相互作用而叠加产生的；此外，1156和1454cm1处的峰与纯聚苯胺的拉曼峰强度相比稍弱，这是由于3D-CG的影响使聚苯胺骨架链结构的振动减弱，这与前述XRD和红外光谱检测结果相互印证，证明PANI成功负载到3D-CG骨架结构中。图4PANI、3D-CG和3D-PCG-2的拉曼光谱图Fig.4RamanspectraofPANI,3D-CGand3D-PCG-22.23D-PCG中无机物的组成分析表2所示为3D-PCG的灰成分分析结果。由表2可见，3种3D-PCG复合材料的灰成分差别不大，这在一定程度上说明不同复合材料的电化?
肌４油?可看出，PANI在1156cm1左右出现分子链上醌/苯结构的C—H面内和面外弯曲振动峰，1367cm1处出现芳香胺Ar—N的伸缩振动峰，1593cm1处出现苯环上的CC伸缩振动峰，1454cm1处的峰则对应半醌自由基阳离子结构。对3D-PCG-2而言，1367和1593cm1处出现的峰是因为PANI与3D-CG相互作用而叠加产生的；此外，1156和1454cm1处的峰与纯聚苯胺的拉曼峰强度相比稍弱，这是由于3D-CG的影响使聚苯胺骨架链结构的振动减弱，这与前述XRD和红外光谱检测结果相互印证，证明PANI成功负载到3D-CG骨架结构中。图4PANI、3D-CG和3D-PCG-2的拉曼光谱图Fig.4RamanspectraofPANI,3D-CGand3D-PCG-22.23D-PCG中无机物的组成分析表2所示为3D-PCG的灰成分分析结果。由表2可见，3种3D-PCG复合材料的灰成分差别不大，这在一定程度上说明不同复合材料的电化学性能之差异与其中的无机成分关系不大，主要源于复合材料的碳基体结构的贡献。2.33D-PCG的超级电容性能图5（a）为不同原料配比条件下制备得到的3D-PCG材料在5mV·s1扫描速率下的循环伏安曲线。从图5（a）可看出，3D-PCG-1、3D-PCG-2和3D-PCG-3的循环伏安曲线均出现两对明显的氧化还原峰，这是由于3D-PCG电极中聚苯胺在充放电过程中发生氧化还原反应产生赝电容所致[20-24]。图5（b）为PANI、3D-CG和3D-PCG-2在5mV·s1
【参考文献】：
期刊论文
[1]Nickel-catalyzed Construction of Heat Conductive Network in Electrically Calcined Anthracite （ECA） Based Carbon Blocks[J]. WANG Tongsheng,LI Yawei,SANG Shaobai. China’s Refractories. 2017(01)
[2]Three-dimensional paper-like graphene framework with highly orientated laminar structure as binder-free supercapacitor electrode[J]. Yidan Gao,Yaoyao Zhang,Yong Zhang,Lijing Xie,Xiaoming Li,Fangyuan Su,Xianxian Wei,Zhiwei Xu,Chengmeng Chen,Rong Cai. Journal of Energy Chemistry. 2016(01)
[3]宁夏无烟煤基活性炭的制备及吸附性能研究[J]. 吴永红,张兵,肖大君. 化工新型材料. 2015(11)
[4]Fe2O3/煤基石墨烯纳米复合材料制备及其电化学性能研究[J]. 张亚婷,李景凯,周安宁,邱介山. 化工新型材料. 2015(06)
[5]氢氧化镍/还原氧化石墨烯复合物的超级电容性能[J]. 黄振楠,寇生中,金东东,杨杭生,张孝彬. 功能材料. 2015(05)
[6]无烟超低灰纯煤冶炼高品质碳化硅工艺研究[J]. 王鹏飞. 煤炭加工与综合利用. 2014(05)
[7]石墨烯基宏观体:制备、性质及潜在应用[J]. 张丽芳,魏伟,吕伟,邵姣婧,杜鸿达,杨全红. 新型炭材料. 2013(03)
[8]热膨胀制备含氧官能团化的石墨烯及其电化学电容性能[J]. 常郑,王欢文,胡中爱,杨玉英,张子瑜. 材料导报. 2012(18)
[9]太西无烟煤制活性炭孔隙结构分析[J]. 李书荣,张文辉,王岭,闫文瑞. 洁净煤技术. 2001(03)
本文编号：3146952
【文章来源】：化工学报. 2017,68(11)北大核心EICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
PANI}3D-CG和3D-PCG-2的红外光谱图
第11期www.hgxb.com.cn·4319·图2PANI、3D-CG和3D-PCG-2的红外光谱图Fig.2FT-IRspectraofPANI,3D-CGand3D-PCG-2图3PANI、3D-CG和3D-PCG-2材料的XRD谱图Fig.3XRDpatternsofPANI,3D-CGand3D-PCG-2图。由图3可见，3D-CG的XRD曲线在2θ=25o附近出现了一个较为尖锐的衍射峰，d=0.36nm，小于CGO的面间距（0.86nm），且大于石墨的面间距（0.336nm），说明水热反应已部分去除了CGO表面的含氧官能团，得到了3D-CG。另外，从图3还可看出，PANI在9.41°（001）、14.96°（011）、20.76°（020）和25.26°（200）处存在较明显的特征衍射峰。3种材料均在25°附近有较明显的特征衍射峰，但3D-PCG-2的峰宽较大、强度较低。此外，3D-PCG-2在14.96°、20.76°存在较微弱的衍射峰，这在一定程度上可能是与3D-CG较无序的晶型结构有关。图4为PANI、3D-CG和3D-PCG-23种材料的拉曼光谱图。从图4可看出，PANI在1156cm1左右出现分子链上醌/苯结构的C—H面内和面外弯曲振动峰，1367cm1处出现芳香胺Ar—N的伸缩振动峰，1593cm1处出现苯环上的CC伸缩振动峰，1454cm1处的峰则对应半醌自由基阳离子结构。对3D-PCG-2而言，1367和1593cm1处出现的峰是因为PANI与3D-CG相互作用而叠加产生的；此外，1156和1454cm1处的峰与纯聚苯胺的拉曼峰强度相比稍弱，这是由于3D-CG的影响使聚苯胺骨架链结构的振动减弱，这与前述XRD和红外光谱检测结果相互印证，证明PANI成功负载到3D-CG骨架结构中。图4PANI、3D-CG和3D-PCG-2的拉曼光谱图Fig.4RamanspectraofPANI,3D-CGand3D-PCG-22.23D-PCG中无机物的组成分析表2所示为3D-PCG的灰成分分析结果。由表2可见，3种3D-PCG复合材料的灰成分差别不大，这在一定程度上说明不同复合材料的电化?
肌４油?可看出，PANI在1156cm1左右出现分子链上醌/苯结构的C—H面内和面外弯曲振动峰，1367cm1处出现芳香胺Ar—N的伸缩振动峰，1593cm1处出现苯环上的CC伸缩振动峰，1454cm1处的峰则对应半醌自由基阳离子结构。对3D-PCG-2而言，1367和1593cm1处出现的峰是因为PANI与3D-CG相互作用而叠加产生的；此外，1156和1454cm1处的峰与纯聚苯胺的拉曼峰强度相比稍弱，这是由于3D-CG的影响使聚苯胺骨架链结构的振动减弱，这与前述XRD和红外光谱检测结果相互印证，证明PANI成功负载到3D-CG骨架结构中。图4PANI、3D-CG和3D-PCG-2的拉曼光谱图Fig.4RamanspectraofPANI,3D-CGand3D-PCG-22.23D-PCG中无机物的组成分析表2所示为3D-PCG的灰成分分析结果。由表2可见，3种3D-PCG复合材料的灰成分差别不大，这在一定程度上说明不同复合材料的电化学性能之差异与其中的无机成分关系不大，主要源于复合材料的碳基体结构的贡献。2.33D-PCG的超级电容性能图5（a）为不同原料配比条件下制备得到的3D-PCG材料在5mV·s1扫描速率下的循环伏安曲线。从图5（a）可看出，3D-PCG-1、3D-PCG-2和3D-PCG-3的循环伏安曲线均出现两对明显的氧化还原峰，这是由于3D-PCG电极中聚苯胺在充放电过程中发生氧化还原反应产生赝电容所致[20-24]。图5（b）为PANI、3D-CG和3D-PCG-2在5mV·s1
【参考文献】：
期刊论文
[1]Nickel-catalyzed Construction of Heat Conductive Network in Electrically Calcined Anthracite （ECA） Based Carbon Blocks[J]. WANG Tongsheng,LI Yawei,SANG Shaobai. China’s Refractories. 2017(01)
[2]Three-dimensional paper-like graphene framework with highly orientated laminar structure as binder-free supercapacitor electrode[J]. Yidan Gao,Yaoyao Zhang,Yong Zhang,Lijing Xie,Xiaoming Li,Fangyuan Su,Xianxian Wei,Zhiwei Xu,Chengmeng Chen,Rong Cai. Journal of Energy Chemistry. 2016(01)
[3]宁夏无烟煤基活性炭的制备及吸附性能研究[J]. 吴永红,张兵,肖大君. 化工新型材料. 2015(11)
[4]Fe2O3/煤基石墨烯纳米复合材料制备及其电化学性能研究[J]. 张亚婷,李景凯,周安宁,邱介山. 化工新型材料. 2015(06)
[5]氢氧化镍/还原氧化石墨烯复合物的超级电容性能[J]. 黄振楠,寇生中,金东东,杨杭生,张孝彬. 功能材料. 2015(05)
[6]无烟超低灰纯煤冶炼高品质碳化硅工艺研究[J]. 王鹏飞. 煤炭加工与综合利用. 2014(05)
[7]石墨烯基宏观体:制备、性质及潜在应用[J]. 张丽芳,魏伟,吕伟,邵姣婧,杜鸿达,杨全红. 新型炭材料. 2013(03)
[8]热膨胀制备含氧官能团化的石墨烯及其电化学电容性能[J]. 常郑,王欢文,胡中爱,杨玉英,张子瑜. 材料导报. 2012(18)
[9]太西无烟煤制活性炭孔隙结构分析[J]. 李书荣,张文辉,王岭,闫文瑞. 洁净煤技术. 2001(03)
本文编号：3146952
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