聚苯胺-石墨烯-TiO2納米管陣列復(fù)合材料的制備及其在超級電容器的應(yīng)用.pdf

1、目前，超級電容器儲能設(shè)備得到了飛速的發(fā)展，是因為其擁有高的功率密度和能量密度、快速充放電、循環(huán)壽命長等優(yōu)點(diǎn)。制備出一種復(fù)合的兼具各類電極材料優(yōu)點(diǎn)的超級電容器電極材料已經(jīng)是當(dāng)前的討論熱點(diǎn)。聚苯胺（PANI）憑借其可控的電導(dǎo)率，可逆的氧化還原狀態(tài)，易合成，較高的能量存儲等優(yōu)勢，作為一種導(dǎo)電聚合物電極材料，受到了研究者們的親睞。但是，PANI很容易在循環(huán)充放電過程當(dāng)中結(jié)構(gòu)坍塌，致使其穩(wěn)定性降低。石墨烯（GE）和二氧化鈦納米管陣列（TiO2 N

2、Ts）由于其獨(dú)特的性能，而成為人們研究的熱點(diǎn)，本文把PANI與GE、TiO2 NTs復(fù)合以制備出一種高比電容性能的納米復(fù)合電極材料。
　　采用陽極氧化法制備TiO2 NTs，然后把PANI沉積到TiO2 NTs內(nèi)，制備了PANI/TiO2 NTs復(fù)合材料，這種復(fù)合材料由于PANI不可避免的堆積在管上，致使該復(fù)合材料穩(wěn)定性差。在此基礎(chǔ)上，本文優(yōu)先引入GE，制備了PANI/GE/TiO2 NTs（PGTNs）復(fù)合材料。然后對PGTNs

3、復(fù)合材料進(jìn)行循環(huán)伏安曲線和交流阻抗曲線測試、比電容計算，探討苯胺（An）濃度、HCl濃度以及GE用量對PGTNs性能的影響，得到了PGTNs制備的最佳優(yōu)化條件。采用紅外光譜（FT-IR）、X-射線衍射（XRD）、拉曼光譜和掃描電鏡（SEM）等檢測手段對TiO2 NTs、GE、PANI/TiO2 NTs（PTNs）和PGTNs復(fù)合材料進(jìn)行結(jié)構(gòu)和形貌表征，并在1M HCl體系中，采用循環(huán)伏安、交流阻抗分析和充放電測試，探討GE對復(fù)合材料的影

4、響，研究復(fù)合物的比電容性能和循環(huán)穩(wěn)定性。此外，還用TiO2納米粒制備了PANI/TiO2納米粒復(fù)合材料（PT-NPs）和PANI/GE/TiO2納米粒（PGT-NPs）復(fù)合材料，研究了它們的結(jié)構(gòu)、形貌和電化學(xué)性能。
　　研究結(jié)果表明：當(dāng)An濃度為0.1mol/L，HCl濃度為1mol/L，GE含量為苯胺8％時，PGTNs復(fù)合材料的電化學(xué)性能最佳。SEM表明，GE的加入改變了TiO2 NTs上PANI雜亂無序的堆疊，增加了PANI的

5、有效利用。電化學(xué)性能研究結(jié)果表明，在0.75A g-1的電流密度下，PGTNs復(fù)合材料比電容達(dá)到933F·g-1。在10A g-1的電流密度下循環(huán)充放電1000次，該復(fù)合材料的電容保留率是91%。不論是比電容還是穩(wěn)定性均高于相同條件下制備的PTNs。對TiO2顆粒、PANI、PT-NPs和PGT-NPs進(jìn)行結(jié)構(gòu)、形貌及電化學(xué)表征分析，結(jié)果表明，在0.75A g-1的條件下，PGT-NPs、PT-NPs復(fù)合材料和PANI的比電容能分別為5