导电聚合物/纤维素纳米晶复合材料的制备与性能
发布时间：2021-12-12 09:24
聚苯胺和聚吡咯因易于合成、成本低廉，环境稳定性好，特别是具有较高的导电性和独特的电化学特性受到了研究人员的广泛关注。聚苯胺与聚吡咯纳米结构化，使其具有高度有序结构、大比表面积等优点，能够极大地改善其电学与电化学性能。但这两种导电聚合物的较差热稳定性与机械性能，加上难以加工性，易团聚成较大尺寸的颗粒都限制了它们的应用。本论文拟采用纤维素纳米晶为模板，通过简便的原位化学氧化聚合法来制备导电聚合物与纤维素纳米晶的复合材料。在保证导电聚合物包覆层较大的比表面积的同时，利用纤维素纳米晶较高的力学性能与热稳定性来改善导电聚合物的缺陷。我们分别制备出聚苯胺/纤维素纳米晶、聚吡咯/纤维素纳米晶和苯胺吡咯共聚物/纤维素纳米晶三种纳米复合材料，并着重地探讨了其作为超级电容器电极材料的应用潜力。主要研究结论如下：（1）聚苯胺/纤维素纳米晶复合材料：以秸秆纤维为原料，采用盐酸水热法在4.0M的盐酸溶液中110℃下处理2h，制备棒状纤维素纳米晶。扫描电镜观测表明纤维素纳米晶的长度约为250350nm，直径介于2530nm。以纤维素纳米晶为模板，通过原位化学氧化聚合法制...
【文章来源】：东华大学上海市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图1-1.双电层电容器(a)和法拉第赝电容器(b)工作原理示意图
2.1 聚苯胺聚苯胺(PANi)合成简单、成本低廉、具有独特的掺杂/脱掺杂化学性质、性好且环境稳定性良好，因而被认为是最具有实际应用前景的导电聚合物[苯胺的导电特性取决于氧化程度和质子化程度。不同氧化态的聚苯胺对应着的分子结构形式，结构如图 1-2 所示。其中翠绿亚胺盐态 (emeraldine salt)导 状 粉 末 的 电 导 率 在 1-10 S cm-1[15]。 蓝 色 的 本 征 态 (emeraldse)[(—B—N—Q—N—)n( —B—NH—)2n]和白色的还原态 (leucoemeraldse)[ ( —B—NH—)n]以及紫色的氧化态 (perniganiline base)[(—B—N=Q=N—不导电。聚苯胺氧化程度可以通过不同的合成条件进行控制。当氧化程度一，随着掺杂程度的提高，聚苯胺导电性越来越好，在翠绿亚胺盐态时则达到。
2000 次循环后，比电容值仍保留 95%。Jamadade 等[17]研究了不同苯胺的电化学性能，循环伏安测试表明，在翠绿亚胺盐状态时最高了 258 F/g。Yang 等[18]采用三苯胺做为交联剂得到了交联聚苯胺，导率比直链型聚苯胺高 25%，最高可达 33.2 S cm-1。聚吡咯吡咯是另一种具有代表性的导电聚合物材料。其制备简便、空气稳定活性高，因而也成为超级电容器电极材料的研究热点。聚吡咯的化1-3 所示。聚吡咯为结构型导电聚合物，其导电机理属于电子导电。，聚吡咯在电化学反应过程中进行的是对离子(阴离子)的掺杂/脱用不同掺杂剂掺杂可以得到不同电导率的聚吡咯。例如甲苯磺酸盐导电率达到了 15 S cm-1，且具有较好的稳定性[19]。而芳香族与两杂的聚吡咯导电率更是达到了 120 S cm-1[20]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]聚吡咯纤维素纳米晶复合导电材料的制备及其性能表征[J]. 谢雨辰,秦宗益,李俊. 纺织学报. 2013(10)
[2]以DNA为模板构造苯胺-DNA复合物纳米线和聚苯胺纳米导线[J]. 杨涛,魏刚,牛利,李壮. 高等学校化学学报. 2006(06)
[3]电化学超级电容器研究进展[J]. 张娜,张宝宏. 电池. 2003(05)
[4]苯胺及吡咯的共聚合研究进展[J]. 陈润峰,李新贵,赵红. 高分子材料科学与工程. 2003(03)
博士论文
[1]纤维素纳米晶体及其复合物的制备与应用研究[D]. 刘鹤.中国林业科学研究院 2011
本文编号：3536419
【文章来源】：东华大学上海市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图1-1.双电层电容器(a)和法拉第赝电容器(b)工作原理示意图
2.1 聚苯胺聚苯胺(PANi)合成简单、成本低廉、具有独特的掺杂/脱掺杂化学性质、性好且环境稳定性良好，因而被认为是最具有实际应用前景的导电聚合物[苯胺的导电特性取决于氧化程度和质子化程度。不同氧化态的聚苯胺对应着的分子结构形式，结构如图 1-2 所示。其中翠绿亚胺盐态 (emeraldine salt)导 状 粉 末 的 电 导 率 在 1-10 S cm-1[15]。 蓝 色 的 本 征 态 (emeraldse)[(—B—N—Q—N—)n( —B—NH—)2n]和白色的还原态 (leucoemeraldse)[ ( —B—NH—)n]以及紫色的氧化态 (perniganiline base)[(—B—N=Q=N—不导电。聚苯胺氧化程度可以通过不同的合成条件进行控制。当氧化程度一，随着掺杂程度的提高，聚苯胺导电性越来越好，在翠绿亚胺盐态时则达到。
2000 次循环后，比电容值仍保留 95%。Jamadade 等[17]研究了不同苯胺的电化学性能，循环伏安测试表明，在翠绿亚胺盐状态时最高了 258 F/g。Yang 等[18]采用三苯胺做为交联剂得到了交联聚苯胺，导率比直链型聚苯胺高 25%，最高可达 33.2 S cm-1。聚吡咯吡咯是另一种具有代表性的导电聚合物材料。其制备简便、空气稳定活性高，因而也成为超级电容器电极材料的研究热点。聚吡咯的化1-3 所示。聚吡咯为结构型导电聚合物，其导电机理属于电子导电。，聚吡咯在电化学反应过程中进行的是对离子(阴离子)的掺杂/脱用不同掺杂剂掺杂可以得到不同电导率的聚吡咯。例如甲苯磺酸盐导电率达到了 15 S cm-1，且具有较好的稳定性[19]。而芳香族与两杂的聚吡咯导电率更是达到了 120 S cm-1[20]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]聚吡咯纤维素纳米晶复合导电材料的制备及其性能表征[J]. 谢雨辰,秦宗益,李俊. 纺织学报. 2013(10)
[2]以DNA为模板构造苯胺-DNA复合物纳米线和聚苯胺纳米导线[J]. 杨涛,魏刚,牛利,李壮. 高等学校化学学报. 2006(06)
[3]电化学超级电容器研究进展[J]. 张娜,张宝宏. 电池. 2003(05)
[4]苯胺及吡咯的共聚合研究进展[J]. 陈润峰,李新贵,赵红. 高分子材料科学与工程. 2003(03)
博士论文
[1]纤维素纳米晶体及其复合物的制备与应用研究[D]. 刘鹤.中国林业科学研究院 2011
本文编号：3536419
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/cailiaohuaxuelunwen/3536419.html
