三維聚苯胺石墨烯復(fù)合材料和氮摻雜石墨烯的研究

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1、學(xué)校代號(hào)10532學(xué)號(hào)S12131035分類號(hào)O632.6密級(jí)公開(kāi)碩士學(xué)位論文三維聚苯胺/石墨烯復(fù)合材料和氮摻雜石墨烯的研究學(xué)位申請(qǐng)人姓名譚兮亦培養(yǎng)單位材料科學(xué)與工程學(xué)院導(dǎo)師姓名及職稱鐘文斌副教授學(xué)科專業(yè)材料科學(xué)與工程研究方向高分子材料論文提交日期2015年04月28日學(xué)校代號(hào)：10532學(xué)號(hào)：S12131035密級(jí)：公開(kāi)湖南大學(xué)碩士學(xué)位論文三維聚苯胺/石墨烯復(fù)合材料和氮摻雜石墨烯的研究學(xué)位申請(qǐng)人姓名：譚兮亦導(dǎo)師姓名及職稱：鐘文斌副教授培養(yǎng)單位：材料科學(xué)與工程學(xué)院專業(yè)名稱：材料科學(xué)與工程論文提交日期：2015年04月28日論文答辯日期

2、：2015年06月01日答辯委員會(huì)主席：陳小華教授StudyofPANI/GrapheneCompositesandN-DopedGraphenebyTANXiyiB.E.(HuaibeiNormalUniversity)2012AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftherequirementsforthedegreeofMasterofScienceinMaterialsScienceintheGraduateSchoolofHunanUniversitySupervisorAssociat

3、eProfessorZhongWenbinMay,2015湖南大學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所?。崳姷玫难芯砍晒?。除了文中特別加標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體己經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對(duì)本文的研巧做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中ｙｊｌ明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。作者簽名：＾賽日期：興年６月ｎ日巧學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部口

4、或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)湖南大學(xué)可Ｗ將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入レ有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可ッ采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。本學(xué)位論文屬于１、。保密□，在年解密后適用本授權(quán)書２、不保密Ｅｉ。＂＂（請(qǐng)?jiān)冢郏奚舷鄳?yīng)方框內(nèi)打Ｖ）／作者簽名：務(wù)日期：７化年６月＾日＜導(dǎo)師簽名：日期：年居月１日三維聚苯胺/石墨烯復(fù)合材料和氮摻雜石墨烯的研究摘要超級(jí)電容器是一種具有高性能的綠色環(huán)保的能量?jī)?chǔ)存裝置。對(duì)超級(jí)電容器的研究主要集中在尋找具有更高電化學(xué)性能

5、，更易制備生產(chǎn)的新型電極材料。石墨烯作為電極材料時(shí)，因其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和優(yōu)良的電學(xué)性質(zhì)受到了廣泛的關(guān)注和研究。然而，由于結(jié)構(gòu)完整的石墨烯片之間的強(qiáng)烈作用力使得單純的石墨烯作為電極材料時(shí)受到極大的限制。將石墨烯與導(dǎo)電聚合物復(fù)合或是對(duì)石墨烯摻雜改性均能提高石墨烯材料的電化學(xué)性能，是一種解決上述問(wèn)題的有效途徑?；谝陨嫌懻摚疚挠脙煞N方式形成了石墨烯/聚苯胺復(fù)合物和兩種途徑制備出了高電化學(xué)性能的氮摻雜石墨烯。(1)將石墨烯與對(duì)苯二胺通過(guò)水熱反應(yīng)形成的水凝膠(NGH-10)，然后利用重氮化反應(yīng)將NGH-10進(jìn)行功能化改性，最后經(jīng)過(guò)原位聚合形成了聚

6、苯胺共軛接枝石墨烯水凝膠(NGH-PANI-0.01M)。通過(guò)Raman,XPS,XRD等測(cè)試手段說(shuō)明了NGH-10具有明顯的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，且其體積不隨水熱時(shí)間改變而改變；NGH-PANI-0.01M中聚苯胺以共價(jià)鍵的形式接枝到石墨烯上，通過(guò)SEM觀察發(fā)現(xiàn)，聚苯胺以膜的形式附著于石墨烯片層上。通過(guò)電化學(xué)測(cè)試，NGH-10具有較高的電化學(xué)性能和穩(wěn)定性（1000次循環(huán)后有98.2%的剩余量）。NGH-PANI-0.01M充分利用了石墨烯與聚苯胺之間的協(xié)同效應(yīng)，能夠達(dá)到684F/g的電容量，并且循環(huán)性能良好（1000次循環(huán)后有94

7、.4%的剩余量）。(2)將石墨烯與具有電化學(xué)活性的木質(zhì)素磺酸鈉通過(guò)水熱法，構(gòu)建出了具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的水凝膠(GO/SL4)，在此結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過(guò)原位聚合聚苯胺，成功的將聚苯胺復(fù)合于石墨烯木質(zhì)素磺酸鈉三維網(wǎng)絡(luò)中，得到了石墨烯/聚苯胺復(fù)合物(GO/SL4/PANI0.1)。XRD,XPS和FT-IR等測(cè)試表明，經(jīng)木質(zhì)素磺酸鈉摻雜后，聚苯胺處于質(zhì)子酸摻雜的中間氧化態(tài)，其結(jié)構(gòu)得到了優(yōu)化，它與石墨烯之間存在的協(xié)同效應(yīng)也得到了更充分的發(fā)揮。電化學(xué)性能測(cè)試表明GO/SL4/PANI0.1具有優(yōu)秀的電化學(xué)性能，在1A/g時(shí)電容可達(dá)820F/g，且經(jīng)

8、過(guò)1000次循環(huán)后仍有92.49%的電容保留量。(3)在低溫焙燒的條件下，以吡啶為氮源，氧化鎳為催化劑，同時(shí)進(jìn)行氮原子摻雜和催化碳化的方法獲得了氮摻雜石墨烯(GOPD300Ni1.7)。通過(guò)TEM,XRD,XPS和Ram