電化學(xué)部分剝離石墨烯-雙摻雜聚吡咯復(fù)合膜制備及其超電容性能研究.pdf

1、利用電流、電壓等實(shí)驗(yàn)條件的方便易調(diào)，輔以電解質(zhì)溶液的合理設(shè)計(jì)，可有效調(diào)控電化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行。本文通過合理的電化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，利用綠色環(huán)保的電化學(xué)技術(shù)在碳布電極(GF)基體表面成功部分剝離出石墨烯，制備了固定于碳布基底的部分剝離石墨烯(Ex-GF)，這是本論文主要創(chuàng)新之處。通過固定摻雜劑存在下Ex-GF表面進(jìn)行的吡咯原位電化學(xué)聚合，實(shí)現(xiàn)了Ex-GF與雙摻雜聚吡咯(PPy)的電化學(xué)復(fù)合，有效擴(kuò)展了儲能電位窗，制備了高能量密度、高功率密度部分剝離

2、石墨烯/聚吡咯復(fù)合膜電極。
　　在含硝酸鉀的磷酸緩沖溶液中(pH=6.68)，利用適度的陽極氧化，在GF上引入官能團(tuán)以減弱碳層間相互作用力，在其碳層間嵌入溶液中陰離子和水分子，并通過水解及碳部分氧化產(chǎn)生O2和CO2。借助氣體對碳層的沖擊、GF碳層間相互作用力的減弱等協(xié)同作用對GF進(jìn)行溫和的氧化剝離，制備固定于GF基底的部分剝離石墨烯Ex-GF。通過掃描電鏡(SEM)、X射線光電子能譜(XPS)、拉曼光譜（Raman）、接觸角測定(

3、Contactangle)、循環(huán)伏安(CV)等手段對Ex-GF進(jìn)行理化表征，發(fā)現(xiàn)石墨烯在GF表面近乎直立，這有利于石墨烯的電荷轉(zhuǎn)移及后續(xù)電化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行。經(jīng)電化學(xué)氧化處理后，在Ex-GF表面引入了含氧及含氮官能團(tuán)，因而其接觸角明顯變小，這有利于其與電解液的充分接觸，因而也有利于后續(xù)電化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行。
　　分別以1，5-萘二磺酸(NDS)和2-萘磺酸(NMS)為固定摻雜劑，在Ex-GF表面進(jìn)行吡咯的原位電化學(xué)聚合，制備部分剝離石墨烯

4、和雙摻雜聚吡咯復(fù)合膜Ex-GF/PPy-NDS和Ex-GF/PPy-NDS。通過SEM、XPS、紅外光譜(FT-IR)對復(fù)合膜的理化性質(zhì)進(jìn)行表征，并采用CV、恒電流充放電(CP)、電化學(xué)阻抗(EIS)對其電化學(xué)性能進(jìn)行了深入的研究。發(fā)現(xiàn)比之類似條件下在GF上進(jìn)行吡咯電化學(xué)聚合制備的GF/PPy，Ex-GF/PPy粒徑更小，并且呈現(xiàn)敞開式立體結(jié)構(gòu)，這有助于其充分發(fā)揮電化學(xué)活性和儲能性能。在1 A/g電流密度下，Ex-GF/PPy-NDS的

5、比電容達(dá)到351 F/g。Ex-GF/PPy-NDS還表現(xiàn)出優(yōu)異的倍率性能，當(dāng)電流密度從1 A/g擴(kuò)大20倍，增至20 A/g時(shí)，其比電容僅下降21％。在NDS和NMS固定摻雜劑的作用下，Ex-GF/PPy-NDS和Ex-GF/PPy-NDS表現(xiàn)出PPy的“雙摻雜”電化學(xué)行為，因而其儲能電位窗得以擴(kuò)大，電位下限擴(kuò)展至-0.8 V(vs.SCE)，有利于增加其能量密度和功率密度。Ex-GF/PPy-NDS在功率密度為650 W/kg時(shí)，能