聚(3,4-乙撐二氧噻吩)與石墨烯、碳納米管復(fù)合材料的制備及性能研究.pdf

1、隨著科技的迅速發(fā)展，導(dǎo)電聚合物及其復(fù)合材料由于其巨大的應(yīng)用價(jià)值受到科研工作者的廣泛關(guān)注。在常見(jiàn)的導(dǎo)電聚合物中，聚3,4-乙撐二氧噻吩(簡(jiǎn)稱PEDOT)類導(dǎo)電聚合物由于具有較高的電導(dǎo)率、化學(xué)穩(wěn)定性和光電活性，在太陽(yáng)能電池、超級(jí)電容器以及傳感器等領(lǐng)域都有具有較大的應(yīng)用價(jià)值。碳材料中單壁碳納米管與氧化石墨烯具有優(yōu)異的力學(xué)、光學(xué)和電化學(xué)性能而被廣泛用作于制備超級(jí)電容器的原材料。導(dǎo)電聚合物與碳材料形成的復(fù)合材料，不僅能兼具聚合物和碳材料的單一性質(zhì)

2、，而且還能利用復(fù)合物之間的協(xié)同或共軛效應(yīng)彌補(bǔ)各單一組分的缺陷，進(jìn)而極大的開(kāi)拓了復(fù)合材料的應(yīng)用領(lǐng)域。
　　本文首先通過(guò) Suzuki或 Still偶聯(lián)反應(yīng)對(duì)碳材料表面進(jìn)行修飾，在碳材料表面接枝噻吩類基團(tuán)后再與PEDOT進(jìn)行復(fù)合，從而使PEDOT與碳材料之間通過(guò)碳材料表面的噻吩類基團(tuán)連接起來(lái)，得到的復(fù)合材料通過(guò)紅外光譜、拉曼光譜、紫外-可見(jiàn)光譜、X-射線粉末衍射、場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡等表征手段進(jìn)行分析。通過(guò)恒電流充放電、循環(huán)伏安、循環(huán)

3、壽命和光催化降解等測(cè)試方法對(duì)復(fù)合物的電化學(xué)與光催化性能進(jìn)行研究，其主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面：
　?。?）通過(guò)對(duì)單壁碳納米管表面進(jìn)行功能化，分別在碳納米管表面接枝不同的噻吩類基團(tuán)后再與 PEDOT復(fù)合，制備了不同比例的2位噻吩修飾單壁碳納米管/PEDOT(2-Th-CNT/PEDOT)、3位噻吩修飾單壁碳納米管/PEDOT(3-Th-CNT/PEDOT)和3,4-乙撐二氧噻吩(EDOT)修飾單壁碳納米管/PEDOT(EDOT-CNT

4、/PEDOT)。探討了不同的噻吩類基團(tuán)修飾單壁碳納米管對(duì)材料結(jié)構(gòu)及電化學(xué)性能的影響，以及復(fù)合物中不同含量功能化單壁碳納米管對(duì)材料結(jié)構(gòu)及電化學(xué)性能的影響。結(jié)果表明功能化單壁碳納米管含量為10％得到的復(fù)合物具有更好的結(jié)構(gòu)與電化學(xué)性能，3-Th-CNT/PEDOT(10 wt%)比電容為190 F/g。
　?。?）通過(guò)對(duì)氧化石墨烯(GO)表面進(jìn)行功能化，在石墨烯表面接枝3位噻吩基團(tuán)后再與 PEDOT進(jìn)行復(fù)合得到功能化氧化石墨烯/PEDO

5、T(Th-GO/PEDOT)。探討了不同氧化石墨烯含量對(duì)復(fù)合物結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，當(dāng)Th-GO含量為50 wt%得到的復(fù)合物具有最高的共軛性、摻雜性與分散性，在電流密度為1 A/g時(shí)比電容值為320 F/g，循環(huán)壽命在1000圈后持率為80%。
　?。?）通過(guò)合成氧化石墨烯/PEDOT(GO/PEDOT)與功能化的氧化石墨烯/PEDOT(Th-GO/PEDOT)，對(duì)比了氧化石墨烯經(jīng)過(guò)功能化后對(duì)復(fù)合物電化學(xué)和光催化性能

6、的影響。在合成 Th-GO/PEDOT過(guò)程中不加表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)得到Th-GO/PEDOT(無(wú)CTAB)，研究CTAB對(duì)復(fù)合材料電化學(xué)和光催化性能的影響。電化學(xué)結(jié)果表明，在氧化石墨烯表面進(jìn)行功能化或在反應(yīng)體系中加入 CTAB均能提高復(fù)合物的共軛性，摻雜性和穩(wěn)定性，從而提高復(fù)合材料的電化學(xué)性能。光催化結(jié)果表明，氧化石墨烯功能化后會(huì)降低復(fù)合物的光催化作用，而體系中加入CTAB對(duì)光催化活性起較大的促進(jìn)作用。