石墨烯/导电聚合物复合材料的制备及其电化学性能的研究

作     者：李劭 

作者单位：沈阳化工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张辉

授予年度：2021年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：石墨烯 氧化石墨烯 非离子型表面活性剂 泊洛沙姆188 聚苯胺 聚吡咯 电化学 

摘      要：超级电容器的功率密度高、充放电速度快、循环寿命长,是很好的清洁储能装置。在智能仪表、新能源汽车、消费电子产品等领域应用广泛。石墨烯有出色的导电和导热性、柔韧性等,是一种很好的超级电容器电极材料。导电聚合物如聚苯胺、聚吡咯等也具有良好的电化学活性。将二者复合,制得的石墨烯/导电聚合物复合材料通常具有比单一材料更好的电化学性能。本文采用改进Hummers法制备氧化石墨烯(GO),后以氧化石墨烯为基体,非离子表面活性剂泊洛沙姆188(聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物,PEO-PPO-PEO)为模板,通过原位化学聚合法在石墨烯表面自组装出导电聚合物,最终制得石墨烯/模板聚苯胺和石墨烯/模板聚吡咯复合材料。以GO、苯胺和过硫酸铵为原料,泊洛沙姆188柱状胶束做为模板剂,通过原位化学聚合法在石墨烯表面自组装聚苯胺,最终制得了石墨烯/模板聚苯胺(mPANi)纳米复合材料,并研究了聚合时的酸度对复合材料结构性能的影响。研究发现,制得的mPANi/rGO复合材料能够清晰看到其rGO的单片层结构,且未出现PANi的大规模团聚现象,所得的复合材料比表面积较大,且酸度对复合材料rGO片层结构的分散程度和PANi的团聚现象有一定影响。在1 mol/L HSO电解液中,5mV/s扫描速率下,材料的比电容达到470.8 F/g。再以GO、吡咯和过硫酸铵为原料,泊洛沙姆188柱状胶束做为模板剂,通过原位化学聚合法在石墨烯表面自组装出聚吡咯,最终制得了石墨烯/模板吡咯(mPPy)纳米复合材料,并研究了聚合时的酸度对复合材料结构性能的影响。再在相同条件下制备未添加模板剂泊洛沙姆188的石墨烯/聚吡咯复合材料。将他们的性能进行比较后发现,制得的mPPy/rGO复合材料能够清晰看到其中rGO的单片层结构,在酸度较低时,PPy的团聚现象较少,随着酸度的增加,PPy逐渐大规模吸附在rGO表面,增大了材料的层间距,但使材料的比表面积减小,使PPy得模板生成受到一定影响。在1 mol/L HSO电解液中,5mV/s扫描速率下,材料的比电容达到326.2 F/g。