聚苯胺—石墨烯导电复合材料的制备及其性能的表征

发布时间：2017-05-29 01:08

  本文关键词：聚苯胺—石墨烯导电复合材料的制备及其性能的表征，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：聚苯胺具有优良的导电性、导热性、储电性、电化学活性和杰出的光电学性能等,但难溶难熔的特性和储能稳定性差使得它的应用受到限制。石墨烯模量高,强度大,导热性好,载流子迁移率大比表面积大,使它在数码产品、化学生物传感器、电子储能器件以及橡塑材料的补强导电等领域中显示出了广泛的应用前景。本论文采用低温化学原位聚合的方法,制备了聚苯胺-石墨(PANI-G)、聚苯胺-热解还原石墨烯复合材料(PANI-TrG)和聚苯胺-氢碘酸还原石墨烯(PANI-RGO)复合薄膜,分别使用FTIR、XRD、拉曼光谱仪、XPS、SEM等对聚苯胺与三种碳材料的复合材料的结构和微观形貌进行了检测和分析。分别对聚苯胺-石墨复合材料、聚苯胺-热解还原石墨烯复合材料和聚苯胺-氢碘酸还原石墨烯复合薄膜进行电化学性能测试,结果表明当石墨质量为苯胺单体质量的3%时得到的PANI-G 3%复合材料的电容量最大,电流密度为1 A/g时,比电容量为681.25 F/g,高于纯的聚苯胺。当石墨烯(TrG)的质量为苯胺单体(An)质量的7%时,优化原位聚合条件制备了PANI-TrG 7%*在扫描速率为5 mV/s时的比电容量为1099 F/g,界面电荷转移电阻(Rct)大约为2Ω,这主要是因为PANI包裹于TrG复合形成的疏松结构,比电容量更高,稳定性更好。对聚苯胺-氢碘酸还原石墨烯复合薄膜进行了电导率的测量,发现随聚合时间的增加,复合薄膜的电导率增大,聚合4 h后复合薄膜的电导率可达61 S/cm;随复合层数的增加,电导率下降。(PANI-RGO)4薄膜的比电容量最大,在扫描速率为5 mV/s时的比电容量为0.0458 F/cm2。本课题采用低温原位聚合制备的PANI-G、PANI-Tr G和PANI-RGO薄膜,不仅解决了聚苯胺难溶难熔难以加工的问题,还有利于其比电容量的提高和其结构稳定性的提升,在超级电容器电极材料领域具有广泛的应用前景。
【关键词】：聚苯胺 石墨 石墨烯 原位聚合 电化学 超级电容器
【学位授予单位】：青岛科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB332
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-10
• 符号说明10-11
• 第一章 绪论11-30
• 1.1 导电聚苯胺的概述11-19
• 1.1.1 导电聚苯胺的结构与性能12-14
• 1.1.2 导电聚苯胺的合成14-16
• 1.1.2.1 聚苯胺的化学氧化聚合14-15
• 1.1.2.2 聚苯胺的电化学聚合15-16
• 1.1.2.3 聚苯胺的界面聚合16
• 1.1.2.4 聚苯胺的固相合成16
• 1.1.2.5 其它合成聚苯胺的方法16
• 1.1.3 导电聚苯胺的应用16-19
• 1.1.3.1 聚苯胺用作传感器材料16-17
• 1.1.3.2 聚苯胺用作电磁屏蔽材料17
• 1.1.3.3 聚苯胺用作电致发光和电致变色材料17-18
• 1.1.3.4 聚苯胺用作电容器材料18-19
• 1.1.3.5 聚苯胺用作抗静电材料19
• 1.1.3.6 聚苯胺在其他方面的应用19
• 1.2 石墨及石墨烯简介19-22
• 1.2.1 天然石墨的简介19-20
• 1.2.2 石墨烯的结构与性能20-22
• 1.2.2.1 石墨烯的制备21-22
• 1.2.2.2 石墨烯的应用22
• 1.3 超级电容器概述22-29
• 1.3.1 超级电容器简介23-24
• 1.3.2 超级电容器储能机理及其电极材料研究进展24-28
• 1.3.2.1 超级电容器的储能机理24-26
• 1.3.2.2 超级电容器电极材料的研究进展26-28
• 1.3.2.3 比电容量的计算28
• 1.3.3 超级电容器的应用前景28-29
• 1.4 本课题的研究内容及意义29-30
• 第二章 聚苯胺-石墨导电复合材料的制备及其电性能的表征30-45
• 2.1 引言30-31
• 2.2 实验部分31-34
• 2.2.1 实验试剂和仪器31-33
• 2.2.2 聚苯胺-石墨复合材料（PANI-G）的制备33
• 2.2.3 样品表征33-34
• 2.3 结果与讨论34-44
• 2.3.1 PANI、G和PANI-G的结构表征34-37
• 2.3.1.1 PANI-G的制备过程原理34
• 2.3.1.2 PANI、G和PANI-G的红外光谱分析34-35
• 2.3.1.3 PANI、G和PANI-G的XRD谱图分析35-36
• 2.3.1.4 PANI-G的SEM分析36-37
• 2.3.2 PANI电化学性能表征37-40
• 2.3.3 G的含量对PANI-G聚合过程和性能的影响40-44
• 2.3.3.1 G的含量对PANI-G聚合过程的影响40-41
• 2.3.3.2 G的含量对PANI-G电化学性能的影响41-44
• 2.4 小结44-45
• 第三章 聚苯胺-热解还原石墨烯导电复合材料的制备及其电性能的表征45-63
• 3.1 引言45
• 3.2 实验部分45-48
• 3.2.1 实验试剂和仪器45-47
• 3.2.2 聚苯胺-热解还原石墨烯复合材料（PANI-TrG）的制备47
• 3.2.3 样品表征47-48
• 3.3 结果与讨论48-61
• 3.3.1 PANI、TrG和PANI-TrG的结构表征48-52
• 3.3.1.1 PANI-TrG的制备过程原理48
• 3.3.1.2 PANI、TrG和PANI-TrG的红外光谱分析48-49
• 3.3.1.3 PANI-TrG的XRD谱图分析49-50
• 3.3.1.4 PANI-TrG的SEM分析50-52
• 3.3.2 PANI-TrG在水中的分散性52-53
• 3.3.3 PANI电化学性能表征53-55
• 3.3.4 TrG的含量对PANI-TrG聚合过程和性能的影响55-59
• 3.3.4.1 TrG的含量对PANI-TrG聚合反应过程的影响55-57
• 3.3.4.2 TrG的含量对PANI-TrG电化学性能的影响57-59
• 3.3.5 PANI-TrG的储电性能的优化59-60
• 3.3.6 PANI-TrG与PANI-TrG电化学性能的比较60-61
• 3.4 小结61-63
• 第四章 聚苯胺-氢碘酸还原石墨烯薄膜的制备及其导电性能的研究63-79
• 4.1 引言63
• 4.2 实验部分63-67
• 4.2.1 实验试剂和仪器63-65
• 4.2.2 聚苯胺-石墨烯（PANI-RGO）柔性导电复合薄膜的制备65-66
• 4.2.2.1 HI还原氧化石墨烯（RGO）薄膜的制备65
• 4.2.2.2 聚苯胺-石墨烯（PANI-RGO）柔性导电复合薄膜的制备65
• 4.2.2.3 多层聚苯胺-石墨烯（(PANI-RGO)n）柔性导电复合薄膜的制备65-66
• 4.2.3 样品表征66-67
• 4.3 结果与讨论67-77
• 4.3.1 GO薄膜及RGO薄膜的红外光谱分析67-68
• 4.3.2 GO薄膜及RGO薄膜的XRD图谱分析68-69
• 4.3.3 GO薄膜及RGO薄膜的XPS图谱分析69-70
• 4.3.4 GO薄膜及RGO薄膜的拉曼光谱分析70-71
• 4.3.5 PANI以及PANI-RGO复合薄膜的红外光谱分析71-72
• 4.3.6 RGO薄膜以及PANI-RGO复合薄膜的SEM分析72-74
• 4.3.7 RGO薄膜以及PANI-RGO复合薄膜的导电性分析74-75
• 4.3.7.1 聚合时间对PANI-RGO复合薄膜的导电性的影响74-75
• 4.3.7.2 多层(PANI-RGO)n复合薄膜的导电性研究75
• 4.3.8 RGO薄膜以及PANI-RGO复合薄膜的电化学性能分析75-77
• 4.4 小结77-79
• 结论79-81
• 参考文献81-91
• 致谢91-92
• 攻读学位期间发表的学术论文目录92-93

【参考文献】

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1 李德耿;吴森;夏洋;司士辉;;涂布法制备锌//聚苯胺二次电池[J];徐州工程学院学报(自然科学版);2015年01期

  本文关键词：聚苯胺—石墨烯导电复合材料的制备及其性能的表征，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：403836