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聚苯胺包覆的硫化锌-碳纳米管用作正极载体材料提高锂硫电池性能

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材料导报 2024年第1期38卷 10-16页

作者：周宇祥施天宇赵晨媛尹海宏宋长青郁可南通大学信息科学技术学院江苏南通226019 华东师范大学物理与电子科学学院极化材料与器件教育部重点实验室上海200241

随着石油等化石燃料的逐渐枯竭,人们对绿色能源和电动汽车的需求持续增长,可循环的电能储存系统也得到了快速发展。然而,传统的锂离子电池已接近理论极限,因而寻找开发下一代电池电极材料受到了极大的关注。锂硫电池因为具备出色的理论... 详细信息

随着石油等化石燃料的逐渐枯竭,人们对绿色能源和电动汽车的需求持续增长,可循环的电能储存系统也得到了快速发展。然而,传统的锂离子电池已接近理论极限,因而寻找开发下一代电池电极材料受到了极大的关注。锂硫电池因为具备出色的理论比容量和能量密度、环境友好、成本低廉等优点而备受关注。然而,锂硫电池中活性硫及其放电产物导电性差、可溶性多硫化物在电极间穿梭、体积膨胀等问题导致电池的反应动力学缓慢、容量迅速下降。为了解决这些问题,有必要对硫正极进行合理设计,研究表明引入碳纳米结构(如碳纳米管、碳纳米纤维、介孔碳、石墨烯等)作为骨架负载硫能提高锂硫电池的性能。这些碳骨架具有多层次的交叠多孔结构、大比表面积和高电子迁移率等优势,为离子提供迁移通道的同时能形成物理屏障限制多硫化物的迁移,进而抑制穿梭效应改善电池的循环稳定性。但是由于碳纳米结构的非极性特点,多硫化物与碳骨架之间的相互作用较弱,只能通过物理相互作用抑制多硫化物的穿梭。为了提高抑制效果,可以将极性材料(如金属氧化物、硫化物等)与碳纳米结构进行耦合,这样就兼具了极性材料和碳纳米结构的优点。极性材料与多硫化物的相互作用较强,同时碳纳米结构的高导电性和物理屏障作用亦得以保留,因而能大幅减缓穿梭效应,提高锂硫电池的循环稳定性和倍率性能。此外,多种导电聚合物,如聚吡咯(PPy)、聚噻吩(PTh)和聚苯胺(PANI)等,亦能作为包覆层或导电载体改善锂硫电池的循环性能和倍率性能。其中聚苯胺(PANI)具有导电性高、易合成、共形性好等特点,作为包覆层能有效地防止多硫化物向外扩散,提高电子的迁移率,从而保证电池的长期循环稳定性。本工作制备了一种ZnS-CNTs/S@PANI正极材料来抑制上述缺陷,提高锂硫电池性能,该正极材料以ZnS修饰的CNTs为骨架来负载硫,再在外层包覆聚苯胺(PANI)导电聚合物制备而成。该正极材料中由碳纳米管构成的导电网络有利于电子的快速迁移,并能容纳循环过程中硫的体积膨胀;ZnS量子点的修饰在碳纳米管表面增加了大量极性位点,能够增强对多硫化物的吸附,进而抑制穿梭效应;外侧的聚苯胺作为极性导电包覆层有利于提高电极整体的导电性,增强对多硫化物的吸附,并且能够通过物理限制效应防止活性材料流失。因此该正极材料表现出良好的电池性能,其初始比容量在0.5 C时为952.33 mAh·g^(-1),经过150次循环后比容量为776.37 mAh·g^(-1),容量保持率为81.52%。其在2 C倍率下的放电容量为633.62 mAh·g^(-1),优于CNTs/S和ZnS-CNTs/S电极。该结果证明了ZnS-CNTs/S@PANI正极材料具备优异的锂硫电池性能,为了锂硫电池向实用化发展提供了一种正极制备方案。

关键词：锂硫电池硫化锌正极聚苯胺

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聚苯胺修饰光催化剂的研究进展

化学工业与工程 2024年

作者：冯昭宇宫有圣郑凯天焦龙许春建天津大学化工学院浙江精功新材料技术有限公司

绿色的光催化技术是解决当下能源问题及水环境污染问题的有效方法，然而目前还存在如光催化效率较低，难以实际应用等问题。本文从光催化基本过程出发，说明了聚苯胺(PANI)作为改性剂对光催化剂光吸收、载流子分离和表面反应的促进作用... 详细信息

绿色的光催化技术是解决当下能源问题及水环境污染问题的有效方法，然而目前还存在如光催化效率较低，难以实际应用等问题。本文从光催化基本过程出发，说明了聚苯胺(PANI)作为改性剂对光催化剂光吸收、载流子分离和表面反应的促进作用。在此基础上介绍了PANI改性的光催化剂的合成方法，并对近年来文献报道的通过各种方法制备的PANI修饰的光催化剂在有机污染物降解、产氢和重金属离子去除等方面的应用进行了梳理，最后对PANI修饰的光催化剂现状和未来发展进行了展望。

关键词：光催化聚苯胺光催化降解光催化制氢光电催化

聚苯胺半导体材料的制备及对三乙胺气敏性能研究

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化工新型材料 2024年

作者：袁颖楠刘斌杜燕萍张玲丁涛常薇西安工程大学环境与化学工程学院西安市纺织化工助剂重点实验室

为了对三乙胺气体进行有效、快捷地检测，通过静置法制备了聚苯胺(PANI)半导体材料，利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、红外吸收光谱(FT-IR)等测试方法对PANI半导体材料进行了微观结构及表面形态的表征，并对其气敏特性进行测... 详细信息

为了对三乙胺气体进行有效、快捷地检测，通过静置法制备了聚苯胺(PANI)半导体材料，利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、红外吸收光谱(FT-IR)等测试方法对PANI半导体材料进行了微观结构及表面形态的表征，并对其气敏特性进行测定。通过对三乙胺气体的测定和分析，发现PANI半导体材料对三乙胺气体的敏感性较其他气体高。结果表明：在270℃的工作温度下，PANI半导体传感器对100×10-6三乙胺的灵敏度为74.6，响应时间为9s，恢复时间为6s。在同种气体氛围和相同的温度条件下，连续6次重复实验，PANI半导体材料仍具有一定的稳定性。

关键词：聚苯胺半导体材料三乙胺气敏性能

聚苯胺包覆钴酸镍复合材料的制备及电化学性能研究

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化工新型材料 2024年第4期52卷 93-100,106页

作者：张磊王静徐立新李育飞安徽理工大学材料科学与工程学院淮南232001 浙江工业大学平湖新材料研究院平湖314204

导电聚合物、过渡金属氧化物、碳材料是新型的超级电容器电极材料,超级电容器的性能与电极材料、电解液及其使用的隔膜有关,而电极材料是其中最主要的影响因素,因为它是超级电容器的重要依托,电极材料性能的好坏直接影响到电容器性能的... 详细信息

导电聚合物、过渡金属氧化物、碳材料是新型的超级电容器电极材料,超级电容器的性能与电极材料、电解液及其使用的隔膜有关,而电极材料是其中最主要的影响因素,因为它是超级电容器的重要依托,电极材料性能的好坏直接影响到电容器性能的好坏。故合理构建电极材料结构一直是储能领域的研究热点。采用典型的水热法制备了一种珊瑚状NiCO_(2)O_(4),在冰水浴条件下通过化学氧化法制备聚苯胺(PANI),并通过原味聚合法合成了PANI包覆的NiCO_(2)O_(4)(PANI@NiCO_(2)O_(4))复合材料,有效地解决了过渡金属氧化物的导电率差、比表面积低、活性物质易团聚等问题。并对PANI@NiCO_(2)O_(4)纳米复合材料结构和形貌进行表征,将其用作超级电容器的电极材料,在三电极体系下测试电化学性能。结果表明:NiCO_(2)O_(4)@PANI在1A/g的电流密度时比电容为892F/g,相比纯PANI比电容提升207.8%,相比NiCO_(2)O_(4)材料比电容提升75.9%。在10A/g电流密度下4000次充放电循环后比电容保持率为95%,具有良好的循环稳定性。因此,PANI@NiCO_(2)O_(4)是很有前途的超级电容器电极材料。

关键词：聚苯胺超级电容器水热法比电容电极材料

碳纳米管/聚苯胺复合电极的制备及其性能表征

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功能材料 2024年第1期55卷 1223-1228页

作者：刘奇超曹杨张慧芳顾宁刘子萱边月豪刘泽民孙友谊中北大学材料科学与工程学院太原030051 中北大学能源与动力工程学院太原030051

采用柔性碳布作为复合电极的集流体,将高导电性的碳纳米管(CNTs)通过静电植绒的方式嵌入聚偏氟乙烯(PVDF)粘结剂中,得到具有更大电化学活性表面积的复合结构。然后将所得的材料通过电化学沉积的方式将具有赝电容特性的聚苯胺(PANI)镀在C... 详细信息

采用柔性碳布作为复合电极的集流体,将高导电性的碳纳米管(CNTs)通过静电植绒的方式嵌入聚偏氟乙烯(PVDF)粘结剂中,得到具有更大电化学活性表面积的复合结构。然后将所得的材料通过电化学沉积的方式将具有赝电容特性的聚苯胺(PANI)镀在CNTs表面,得到了具有碳纳米管/聚苯胺(CNTs/PANI)两种活性物质的二元复合电极。采用扫描电子显微镜(SEM)对电极材料的结构进行表征。并将其与含有硫酸的聚乙烯醇(PVA)水凝胶电解质组装成具有对称结构的柔性固态超级电容器(SSC),并利用电化学工作站对其电性能进行测试,结果表明:在1 mA/cm^(2)的电流下,具有517 mF/cm^(2)的比容量;经过2500次的循环后,具有79.8%的容量保持率,库伦效率超过97%。该研究表明静电植绒技术可以作为制备高性能电极材料的一种有效途径。

关键词：碳纳米管聚苯胺静电植绒电化学沉积

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聚苯胺复合多网络水凝胶的制备和性能研究

化工新型材料 2024年第S1期52卷 251-255页

作者：吕胤儒陶玉仑王超然范兴文刘富晨安徽理工大学材料科学与工程学院淮南232000

为了研究醋酸掺杂聚苯胺(PANI)复合聚乙烯醇(PVA)/聚丙烯酸钠(PAAS)多网络水凝胶的电化学性能和光敏性能,采用水溶液共聚法制得PVA/PAAS多网络水凝胶,然后用原位聚合法将PANI与水凝胶复合生成导电水凝胶,即PANI/PVA/PAAS水凝胶;利用紫外... 详细信息

为了研究醋酸掺杂聚苯胺(PANI)复合聚乙烯醇(PVA)/聚丙烯酸钠(PAAS)多网络水凝胶的电化学性能和光敏性能,采用水溶液共聚法制得PVA/PAAS多网络水凝胶,然后用原位聚合法将PANI与水凝胶复合生成导电水凝胶,即PANI/PVA/PAAS水凝胶;利用紫外-可见光吸收光谱(UV)、傅利叶红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜图(SEM)对PANI粉体进行表征,以探究PANI粉体的结构和形貌。结果表明:PANI粉体具有不错的晶体结构以及在掺杂醋酸浓度为0.12mol/L时具有最好的棒状形貌特征。通过循环伏安法(CV)和恒电流充放电测试(CP)证明了导电水凝胶在醋酸掺杂浓度为0.12mol/L时具有最大的面积比电容216.5mF/cm^(2),使该材料有发展成超级电容器的前景;通过光敏感性测试证明了在掺杂醋酸浓度为0.20mol/L时,导电水凝胶具有最好的光敏性能,说明该材料有发展成光敏感材料的潜力。

关键词：醋酸聚苯胺多网络水凝胶超级电容器光敏感材料

聚苯胺与氧化钨二水合物双波段电致变色复合薄膜制备及性能

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东华大学学报(自然科学版) 2024年第4期 98-104页

作者：谢鸿杰范苏娜张耀鹏东华大学材料科学与工程学院纤维材料改性国家重点实验室

聚苯胺（PANI）是一种导电性能优越的高分子材料，被广泛应用于电致变色或超级电容器等领域。在可见光波段（400～780 nm）,它表现出优异的电致变色效果，但对于近红外波段（波长大于780 nm）的调控能力有限，控温能力仍有待提高。为提... 详细信息

聚苯胺（PANI）是一种导电性能优越的高分子材料，被广泛应用于电致变色或超级电容器等领域。在可见光波段（400～780 nm）,它表现出优异的电致变色效果，但对于近红外波段（波长大于780 nm）的调控能力有限，控温能力仍有待提高。为提升PANI在近红外波段的调控能力，将氧化钨二水合物（WO3·2H2O）阴极变色材料与PANI复合。采用旋涂法制备WO3·2H2O@PANI复合薄膜，并对其进行表面形貌分析与电致变色研究。结果表明WO3·2H2O@PANI复合薄膜在近红外波段的电致变色性能得到显著提升，并且与ITO玻璃表面结合力更佳。因此，该复合薄膜的电化学稳定性和光学稳定性均有较大提升。

关键词：双波段电致变色聚苯胺氧化钨二水合物电化学稳定性

聚苯胺功能化的塑料光纤传感器用于黄曲霉毒素B_(1)浓度检测

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半导体光电 2024年第1期45卷 111-116页

作者：王志强吴才章河南工业大学电气工程学院郑州450001

为开发低成本高灵敏度黄曲霉毒素B_(1)(AFB_(1))检测设备,研制了一种将聚苯胺(PAni)与塑料光纤(POF)相结合的增敏光纤免疫传感器。传感器功能化设计采用两步法,首先将PAni涂层修饰至光纤传感区,然后通过戊二醛的交联作用,将AFB_(1)抗体... 详细信息

为开发低成本高灵敏度黄曲霉毒素B_(1)(AFB_(1))检测设备,研制了一种将聚苯胺(PAni)与塑料光纤(POF)相结合的增敏光纤免疫传感器。传感器功能化设计采用两步法,首先将PAni涂层修饰至光纤传感区,然后通过戊二醛的交联作用,将AFB_(1)抗体分子固定于传感区。由于测量过程中抗原和抗体的免疫反应会导致POF表面折射率发生变化,从而引起探测光子数的波动,以此实现对AFB_(1)浓度的检测。实验研究了PAni涂层对传感器的增敏效果,结果表明PAni功能化的POF传感器增敏效果明显,且在0.01~10μg/L AFB_(1)浓度范围内,传感器的光子数变化量与AFB_(1)浓度间具有线性关系,检测限为0.53μg/L,加标回收率为95.97%~113.13%,且传感器对AFB_(1)的特异性和抗干扰性良好,满足AFB_(1)精量化检测的需要。

关键词：黄曲霉毒素B_(1) 塑料光纤光纤倏逝波聚苯胺

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聚苯胺/碳纳米管膜的制备及其水处理性能

大连工业大学学报 2024年第2期43卷 119-124页

作者：徐舟航王冠龙张秀芳大连工业大学轻工与化学工程学院辽宁大连116034

设计了一种具有光热转换功能及PDS活化性能的聚苯胺/碳纳米管膜,利用其光热转换能力高效活化PDS增强水处理效率。通过扫描电子显微镜、红外、能谱分析、X射线衍射、拉曼等对膜的物理化学特性进行了系统表征,以苯酚为目标物考察了催化膜... 详细信息

设计了一种具有光热转换功能及PDS活化性能的聚苯胺/碳纳米管膜,利用其光热转换能力高效活化PDS增强水处理效率。通过扫描电子显微镜、红外、能谱分析、X射线衍射、拉曼等对膜的物理化学特性进行了系统表征,以苯酚为目标物考察了催化膜的性能。光照条件下(波长大于400 nm),催化膜的表面温度、通量和污染物去除效率均显著提升,该催化膜可以在6 834.2 L/(m^(2)·h·MPa)的高通量下实现88.5%的苯酚去除,效率是没有光照条件下催化膜性能的3.1倍,是单独膜分离过程的22.7倍。聚苯胺含量的增加和水力停留时间的延长有助于提高膜性能。

关键词：聚苯胺碳纳米管膜水处理膜分离

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