聚苯胺納米刺／摻氮空心碳球復(fù)合材料的制備及電容性能.pdf

《聚苯胺納米刺／摻氮空心碳球復(fù)合材料的制備及電容性能.pdf》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。

1、Vo1．34高等學(xué)?；瘜W(xué)學(xué)報(bào)No．122013年12月CHEMICALJOURNALOFCHINESEUNIVERSITIES2845～2849doi：10．7503／cjcu20130366聚苯胺納米刺／摻氮空心碳球復(fù)合材料的制備及電容性能高磊，廖奕，張小華，陳金華(湖南大學(xué)化學(xué)生物傳感與計(jì)量國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，化學(xué)化工學(xué)院，長沙410082)摘要以摻氮空心碳球(N-HCS)為骨架，通過化學(xué)氧化聚合法制備了聚苯胺納米刺／摻氮空心碳球復(fù)合材料(PANI／N—HCS)，采用掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡和紅外光譜儀等對(duì)樣品的形貌、結(jié)構(gòu)等進(jìn)行了

2、表征．采用循環(huán)伏安、計(jì)時(shí)電位和交流阻抗等方法在1mol／LHSO水溶液中考察了材料的電化學(xué)性能．結(jié)果表明，PANI／N—HCS具有良好的電化學(xué)性能，在0．5A／g電流密度下，PANI／N—HCS的比電容達(dá)346F／g；當(dāng)電流密度為20A／g時(shí)，PANI／N—HCS比電容值為228F／g，電容保持率為66％；在5A／g電流密度下，經(jīng)1000次充放電循環(huán)后，電容保持率為76％．關(guān)鍵詞聚苯胺；空心碳球；復(fù)合材料；超級(jí)電容器中圖分類號(hào)0646．5；O613文獻(xiàn)標(biāo)志碼A超級(jí)電容器(EC)具有功率密度和能量密度高、充放電穩(wěn)定性好及易維護(hù)等特點(diǎn)，在混

3、合動(dòng)力電動(dòng)車、不間斷電源和移動(dòng)電子設(shè)備等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用l2』．已被廣泛研究的Ec所用電極材料有炭材料、過渡金屬氧化物．5和導(dǎo)電聚合物J．在這些材料中，導(dǎo)電聚合物重量輕、導(dǎo)電性好、比電容大，被認(rèn)為是最有前景的電極材料之一j．其中，聚苯胺(PANI)價(jià)格低廉，合成工藝簡單，環(huán)境穩(wěn)定性好，具有較高的理論贗電容值，導(dǎo)電性能優(yōu)異，離子嵌V脫出速度快，因而受到廣泛的關(guān)注’m．然而，聚苯胺的循環(huán)穩(wěn)定性較差，這極大地制約了它在EC領(lǐng)域的應(yīng)用．為了提高其電容性能，延長其循環(huán)使用壽命，研究人員使用碳納米管¨、碳納米纖維、多孔碳M和氧化石墨烯片及石墨粉_l

4、等碳材料為支撐骨架制備了各種碳基聚苯胺復(fù)合材料，以減少聚苯胺在充放電過程中的結(jié)構(gòu)形變．氮摻雜空心碳球(N—HCS)中空的碳?xì)そY(jié)構(gòu)使其具有比表面積高、密度低、表面滲透率高和電子特性好等優(yōu)點(diǎn)，氮的摻雜又使碳球表面產(chǎn)生大量活性位點(diǎn)，同時(shí)改變碳的電子供體／受體特性，從而進(jìn)一步改善其電化學(xué)性能18]．N．HCS在藥物輸送、活性物質(zhì)固定包埋、鋰離子電池電極材料和催化劑載體等領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注．本課題組以二氧化硅球?yàn)槟０澹眠量┳鳛樘荚春偷粗苽淞薔．HCS，并研究了其電化學(xué)電容性能，發(fā)現(xiàn)N．HCS中空的氮摻雜超薄碳?xì)さ莫?dú)特結(jié)構(gòu)使其具有高的比電容值和

5、優(yōu)異的功率特性、循環(huán)穩(wěn)定性．本文以N．HCS為骨架，通過化學(xué)氧化聚合法制備了聚苯胺納米刺／摻氮空心碳球復(fù)合材料(PANI／N—HCS)，并對(duì)其電容性能進(jìn)行了研究．1實(shí)驗(yàn)部分1．1試劑與儀器苯胺和過硫酸銨(APS)均為分析純，天津市大茂化學(xué)試劑廠；吡咯(化學(xué)純)，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；二氧化硅(分析純)，阿法埃莎化學(xué)有限公司；三羥甲基氨基甲烷(Tris，分析純)和Nation乙醇溶液(質(zhì)量分?jǐn)?shù)5％)，Sigma．Aldrich公司；其余藥品均為分析純，所用水均為超純水(電阻率>18收稿日期：2013-04-22．基金項(xiàng)目：長江學(xué)者和創(chuàng)

6、新團(tuán)隊(duì)發(fā)展計(jì)劃(批準(zhǔn)號(hào)：IRT1238)、湖南省自然科學(xué)基金(批準(zhǔn)號(hào)：12JJ2010)、高等學(xué)校年輕教師成長計(jì)劃(2012)和高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金(批準(zhǔn)號(hào)：20110161110009)資助．聯(lián)系人簡介：張小華，女，博士，副教授，主要從事納米材料電化學(xué)研究．E—mail：mickyxie@hnu．edu．ca陳金華，男，博士，教授，主要從事納米材料電化學(xué)研究．E-mail：chenjinhua@hnu．edu．ca高磊等：聚苯胺納米刺／摻氮空心碳球復(fù)合材料的制備及電容性能經(jīng)成功修飾在N—HCS表面，N—HCS表面被大量的刺狀

7、PANI所覆蓋，PANI的長度為30～100nm，寬度一下《)／占IslIo吧苗2Inu一《為l0—30nm．2．2PANI／N-HCS電極的電化學(xué)性能圖3是PANI和PANI／N—HCS電極在1mol／LH2SO4中的CV曲線圖．由圖3可知，PANI和PANI／N—HCS電極的CV曲線都有兩對(duì)明顯的氧化還原峰，分別標(biāo)記為c／A和c／A．在c／A處的氧化還原峰是由完全還原態(tài)聚苯胺(半導(dǎo)體)經(jīng)氧化摻雜后轉(zhuǎn)化為中間氧化態(tài)聚苯胺(導(dǎo)體)引起的l1；c／A處的氧化還原峰是由苯醌一對(duì)苯二酚間的氧化還原反應(yīng)或者交聯(lián)形成吩嗪環(huán)引起的．氧化還原峰間的電

8、位差較小，表明電極反應(yīng)的可逆性較好．此外，在相同的掃描速度下，PANI／N—HCS比PANI表現(xiàn)出更大的電流響應(yīng)，表明復(fù)合材料將具有更好的電容性能．0∞Fig．3CVcurvesofPANI(a)andPA