劍麻納米纖維素-石墨烯-聚苯胺復(fù)合材料的制備及其電化學(xué)性能研究.pdf

1、基于植物的納米纖維素是綠色、可再生的納米材料，具有較大的長徑比、親水性好、比表面積大，高柔性以及生物相容性好等優(yōu)點(diǎn)，在能源材料領(lǐng)域中的應(yīng)用前景吸引了人們的關(guān)注與興趣：例如，可用于制備柔性超級電容器電極材料，可作為電解液的納米存儲場所、碳基材料的分散劑以及導(dǎo)電高分子的基底材料等。
　　石墨烯作為一種新型二維碳材料，具有大的比表面積、良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、優(yōu)異的導(dǎo)電性以及高熱導(dǎo)率等優(yōu)點(diǎn)，在儲能材料領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注。聚苯胺作為一種導(dǎo)電高分子

2、材料，具有環(huán)境穩(wěn)定性好、較高的電導(dǎo)率和低成本等優(yōu)點(diǎn)，但由于聚苯胺的循環(huán)穩(wěn)定性差；脆性大，成膜性差，制備電極材料時需要添加導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑，而傳統(tǒng)的粘結(jié)劑機(jī)械性能差，在電極制備過程需要用到有毒溶劑，限制了聚苯胺的應(yīng)用。
　　本課題以廣西的特色資源-劍麻纖維（SF），制備獲得劍麻納米纖維素（CNF），利用納米纖維素結(jié)構(gòu)上的-COOH和-OH，通過氫鍵作用及π-π作用，穩(wěn)定分散石墨烯和聚苯胺，研究納米纖維素/石墨烯/聚苯胺復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)與

3、電化學(xué)性能之間的關(guān)系，為納米纖維素的功能化應(yīng)用提供參考。
　　1、以CNF為分散介質(zhì)，石墨烯（G）為導(dǎo)電增強(qiáng)介質(zhì)，聚苯胺（PANI）為導(dǎo)電介質(zhì)，采用機(jī)械共混法與真空抽濾法制備三類不同石墨烯（氧化石墨烯(GO)、還原的氧化石墨烯(RGO)、石墨烯納米片(GNS)）的CNF/G/ PANI導(dǎo)電膜。研究不同種類石墨烯的加入對導(dǎo)電膜電化學(xué)性能的影響。研究表明，加入 GO，RGO和 GNS后，導(dǎo)電膜的比電容均有提高；CNF/GNS/PANI

4、導(dǎo)電膜電化學(xué)性能最好，比電容達(dá)到322.25 F/g，內(nèi)阻為0.77Ω，在5 A/g的電流密度下循環(huán)1000次后比電容保持率為76.92％。
　　2、采用機(jī)械共混法、真空抽濾法制備不同GNS含量的CNF/GNS/PANI導(dǎo)電膜，研究GNS的加入量對導(dǎo)電膜電化學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，導(dǎo)電膜的比電容隨著GNS加入量的增加呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。當(dāng)GNS加入量為6%時，導(dǎo)電膜的電化學(xué)性能較好，比電容在1 A/g下可達(dá)到342.87 F/

5、g，電子轉(zhuǎn)移內(nèi)阻僅為1.16Ω，在5A/g的電流密度下循環(huán)1000次后電容保持率為78.92%。
　　3、采用了原位聚合的方法制備納米纖維素/石墨烯納米片/聚苯胺（CGP）導(dǎo)電膜，研究苯胺的加入量對 CGP復(fù)合材料的形態(tài)結(jié)構(gòu)及電化學(xué)性能的影響。CGP1:15導(dǎo)電膜的電化學(xué)性能最佳；在1 A/g的電流密度下比電容為430.78 F/g，當(dāng)電流密度增大到10 A/g時，比電容僅衰減了22%；同時，CGP1:15導(dǎo)電膜的電子轉(zhuǎn)移內(nèi)阻最小