聚吡咯/聚苯胺同轴纳米阵列复合材料的电化学储能研究

发布时间：2024-02-01 13:52

　　超级电容器因具有功率和能量密度高、循环效率高、低成本、安全稳定等众多优点而广泛应用于移动电子设备、交通运输、后备电源等领域。导电高分子聚吡咯(PPy)和聚苯胺(PANI)具有环境稳定性好、易合成、导电性较高、氧化还原可逆性好等优点,因此作为超级电容器电极材料,具有重要的应用研究价值。超级电容器电极材料的储能性能与电极活性物质、电极材料结构以及基底材料导电性有密切关系。本论文将阴离子掺杂PPy和质子酸掺杂PANI构成同轴纳米阵列结构复合电极材料,两种导电聚合物在充放电过程中可逆掺杂／去掺杂电解质溶液中的阴、阳离子进行电化学储能,复合电极材料通过协同储能作用提高电容性能。本论文研究了聚吡咯／聚苯胺同轴纳米阵列复合材料的电化学储能。具体设计合成了基于TiO2 NTAs基底、自支撑结构、TiN NTAs基底的聚吡咯／聚苯胺复合电极材料：聚吡咯／二氧化钛／聚苯胺同轴三层纳米管阵列复合材料(PPy/TiO2/PANI),自支撑聚苯胺纳米柱嵌聚吡咯纳米孔同轴阵列膜复合材料(PPy/PANI),聚吡咯/氮化钛／聚苯胺同轴三层纳米管阵列复合材料(PPy/TiN/PANI),并研究以上复合材料电化学电容性...

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【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 课题的研究背景及意义
    1.2 超级电容器
        1.2.1 超级电容器概述
        1.2.2 超级电容器的分类
        1.2.3 超级电容器的原理
    1.3 超级电容器的电极材料
        1.3.1 碳基电极材料
        1.3.2 过渡金属氧化物基电极材料
        1.3.3 导电聚合物基电极材料
    1.4 导电聚吡咯
        1.4.1 吡咯概述
        1.4.2 聚吡咯合成
        1.4.3 聚吡咯导电机理
        1.4.4 聚吡咯应用
    1.5 导电聚苯胺
        1.5.1 苯胺概述
        1.5.2 聚苯胺合成
        1.5.3 聚苯胺导电机理
        1.5.4 聚苯胺应用
    1.6 超级电容器的特点与应用
        1.6.1 超级电容器的特点
        1.6.2 超级电容器的应用
    1.7 本论文的研究目标和内容
第二章 聚吡咯/二氧化钛/聚苯胺同轴三层纳米管阵列复合材料的制备及电容性能研究
    2.1 前言
    2.2 实验部分
        2.2.1 实验试剂、材料与仪器
        2.2.2 二氧化钛纳米管阵列的制备
        2.2.3 聚吡咯/二氧化钛同轴二层纳米管阵列复合材料的制备
        2.2.4 聚吡咯/二氧化钛/聚苯胺同轴三层纳米管阵列复合材料的制备
        2.2.5 聚吡咯/二氧化钛/聚苯胺同轴三层纳米管阵列复合材料的结构表征及电化学性能测试
    2.3 结果与讨论
        2.3.1 聚吡咯/二氧化钛/聚苯胺同轴三层纳米管阵列复合材料的形貌表征
        2.3.2 聚吡咯/二氧化钛/聚苯胺同轴三层纳米管阵列复合材料的结构表征
        2.3.3 聚吡咯/二氧化钛/聚苯胺同轴三层纳米管阵列复合材料的电化学性能
    2.4 本章小结
第三章 自支撑聚苯胺纳米柱嵌聚吡咯纳米孔同轴纳米阵列膜复合材料的制备及电容性能研究
    3.1 前言
    3.2 实验部分
        3.2.1 实验试剂、材料与仪器
        3.2.2 自支撑聚苯胺纳米柱嵌聚吡咯纳米孔同轴纳米阵列膜复合材料的制备
        3.2.3 自支撑聚苯胺纳米柱嵌聚吡咯纳米孔同轴纳米阵列膜复合材料的结构表征及电化学性能测试
        3.2.4 自支撑聚苯胺纳米柱嵌聚吡咯纳米孔同轴纳米阵列膜复合材料基于硫酸水溶液电解质中对称型超级电容器的组装
        3.2.5 自支撑聚苯胺纳米柱嵌聚吡咯纳米孔同轴纳米阵列膜复合材料基于硫酸水溶液电解质中对称型超级电容器的的电化学性能测试
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 自支撑聚苯胺纳米柱嵌聚吡咯纳米孔同轴纳米阵列膜复合材料的形貌表征
        3.3.2 自支撑聚苯胺纳米柱嵌聚吡咯纳米孔同轴纳米阵列膜复合材料的结构表征
        3.3.3 自支撑聚苯胺纳米柱嵌聚吡咯纳米孔同轴纳米阵列膜复合材料的电化学性能
        3.3.4 自支撑聚苯胺纳米柱嵌聚吡咯纳米孔同轴纳米阵列复合膜材料基于硫酸电解质溶液中对称型超级电容器的电化学性能
    3.4 本章小结
第四章 聚吡咯/氮化钛/聚苯胺同轴三层纳米管阵列复合材料的制备及电容性能研究
    4.1 前言
    4.2 实验部分
        4.2.1 实验试剂、材料与仪器
        4.2.2 氮化钛纳米管阵列的制备
        4.2.3 聚吡咯/氮化钛同轴二层纳米管阵列复合材料的制备
        4.2.4 聚吡咯/氮化钛/聚苯胺同轴三层纳米管阵列复合材料的制备
        4.2.5 聚吡咯/氮化钛/聚苯胺同轴三层纳米管阵列复合材料的结构表征及电化学性能测试
        4.2.6 聚吡咯/氮化钛/聚苯胺同轴三层纳米管阵列复合材料对称型超级电容器组装
        4.2.7 聚吡咯/氮化钛/聚苯胺同轴三层纳米管阵列复合材料对称型超级电容器的电化学性能测试
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 二氧化钛纳米管阵列与氮化钛纳米管阵列材料电化学性能对比
        4.3.2 聚吡咯/氮化钛/聚苯胺同轴三层纳米管阵列复合材料的形貌表征
        4.3.3 聚吡咯/氮化钛/聚苯胺同轴三层纳米管阵列的结构表征
        4.3.4 聚吡咯/氮化钛/聚苯胺同轴三层纳米管阵列复合材料的电化学性能
        4.3.5 聚吡咯/氮化钛/聚苯胺同轴三层纳米管阵列复合材料基于硫酸电解质溶液中对称型超级电容器的电化学电容性能
        4.3.6 聚吡咯/氮化钛/聚苯胺同轴三层纳米管阵列复合材料对称型固态超级电容器的电化学电容性能
    4.4 本章小结
第五章 结论
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间主要研究成果



本文编号：3892228