导电聚合物/石墨烯复合材料的制备、表征及电化学应用研究

发布时间：2022-05-02 21:18

　　通过氧化石墨烯与间苯二胺单体间的氧化还原反应一步法制备聚间苯二胺/石墨烯复合材料（PmPD-G）,并将其作为电极材料用于电吸附去除水中Cu2+。在氧化还原反应过程中,间苯二胺单体发生氧化聚合生成聚间苯二胺（PmPD）,氧化石墨烯被还原成石墨烯。通过透射电镜（TEM）、傅里叶红外光谱（FT-IR）、热重分析（TGA）、X射线光电子能谱（XPS）等多种技术对PmPD-G进行了表征。本文还对Cu2+在PmPD-G电极上的电吸附行为进行了详细的研究。由于石墨烯显著的导电性能以及机械性能,PmPD-G对Cu2+的电吸附性能要优于PmPD。通过一种温和的方式制备聚苯胺/石墨烯/二氧化锰复合材料（G-P-Mn）。首先利用苯胺将氧化石墨烯还原成石墨烯,然后利用KMnO4和（NH4）2S2O8混合氧化剂通过界面聚合法将苯胺氧化聚合成聚苯胺（PANI）。由于采用了界面聚合法以及混合氧化剂的作用,在将二氧化锰成功引入复合材料的同时,可以使聚苯胺呈现有序的纳米纤维结构,从而使得制备的G-P-Mn同时具有石墨烯的双电层电容以及PANI和MnO2的法拉第赝电容。G-P-Mn在电流密度为0.4 A g-1时,其比电... 

【文章页数】：69 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
中文摘要
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1 绪论
    1.1 导电聚合物
        1.1.1 导电聚合物简介
        1.1.2 导电聚合物的分类及其导电机理
        1.1.3 导电聚合物的合成方法
        1.1.4 导电聚合物的应用
        1.1.5 导电聚合物的热解碳化
    1.2 重金属离子的电吸附去除
        1.2.1 电吸附去除重金属离子
        1.2.2 电吸附的电极材料
    1.3 超级电容器
        1.3.1 超级电容器简介
        1.3.2 超级电容器的工作原理和分类
        1.3.3 超级电容器电极材料
    1.4 燃料电池阴极催化剂
        1.4.1 阴极氧还原反应机理
        1.4.2 阴极氧还原催化剂的分类
    1.5 本文主要研究内容及创新点
2 聚间苯二胺/石墨烯对Cu~(2+)的电吸附行为研究
    2.1 背景介绍
    2.2 实验部分
        2.2.1 仪器和试剂
        2.2.2 聚间苯二胺/石墨烯（PmPD-G）的合成
        2.2.3 PmPD-G纸电极的制备
        2.2.4 电吸附实验
    2.3 结果与讨论
        2.3.1 PmPD-G的形貌与结构
        2.3.2 PmPD-G的热重曲线及X射线光电子能谱
        2.3.3 PmPD-G纸电极电吸附Cu~(2+)
        2.3.4 电吸附效果影响因素的考察
        2.3.5 电极的再生
        2.3.6 循环电吸附实验
        2.3.7 吸附热力学
        2.3.8 吸附动力学
    2.4 结论
3 界面法制备聚苯胺/石墨烯/二氧化锰及用于超级电容器电极材料
    3.1 背景介绍
    3.2 实验部分
        3.2.1 仪器与试剂
        3.2.2 氧化石墨烯的还原
        3.2.3 界面法合成聚苯胺/石墨烯/二氧化锰（G-P-Mn）
        3.2.4 电化学测试
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 G-P-Mn的界面合成及表征
        3.3.2 G-P-Mn的电化学行为
        3.3.3 G-P-Mn的恒电流充放电
        3.3.4 氧化剂KMnO_4与(NH_4)_2S_2O_8摩尔比对电容性能的影响
        3.3.5 G-P-Mn的循环充放电性能测试
    3.4 结论
4 热解制备掺氮碳/石墨烯/氧化锰及用于氧的电催化还原
    4.1 背景介绍
    4.2 实验部分
        4.2.1 仪器与试剂
        4.2.2 利用间苯二胺还原氧化石墨烯
        4.2.3 掺氮碳/石墨烯/氧化锰（N/C-G-MnO）的制备
        4.2.4 电化学测试
    4.3 结果与讨论
        4.3.0 N/C-G-MnO的制备及表征
        4.3.1 N/C-G-MnO的循环伏安测试
        4.3.2 N/C-G-MnO的线性扫描伏安测试
        4.3.3 煅烧温度对N/C-G-MnO氧还原电催化性能的影响
        4.3.4 N/C-G-MnO的稳定性测试
        4.3.5 N/C-G-MnO的抗毒性测试
    4.4 结论
5 总结
参考文献
攻读学位期间研究成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]聚吡咯修饰活性炭电极的电容去离子应用研究[J]. 徐克,肖书彬,阮国岭.  工业水处理. 2012(11)
[2]1,8-萘二胺共聚物对铜离子的吸附性[J]. 黄美荣,王琳,李新贵.  环境科学学报. 2007(08)
[3]聚萘二胺的合成及其对重金属离子的高效反应吸附[J]. 黄美荣,李新贵,李圣贤.  化学进展. 2005(02)
[4]鄱阳湖水土环境及其水生维管束植物重金属污染[J]. 简敏菲,弓晓峰,游海,黄志中,朱捷.  长江流域资源与环境. 2004(06)
[5]茂名近海养殖水中盐份、悬浮物及重金属铬的监测[J]. 杨建设,牛显春,潘志平,丘广源.  茂名学院学报. 2004(04)
[6]导电高分子材料的研究概况[J]. 戈明亮.  现代塑料加工应用. 2002(04)
[7]重金属在罗非鱼淡水白鲳和鲤鱼体内的蓄积[J]. 阮晓,郑春霞,王强,周疆明,邹岩.  农业环境保护. 2001(05)
[8]导电高分子聚苯胺在金属防腐中的研究进展[J]. 王金库,孙秋霞,林薇薇.  材料导报. 2001(10)
[9]炭黑-聚酯复合型导电高分子材料的电热性能研究[J]. 林静,刘丽敏,李长江,冉君,李福刚.  高分子材料科学与工程. 2000(03)
[10]本征导电高分子材料的进展[J]. 张光敏,阎康平.  电子元件与材料. 1999(04)

硕士论文
[1]电吸附法去除水中氟离子的研究[D]. 刘勇.西安建筑科技大学 2006



本文编号：3649981