石墨烯-聚苯胺復合中空微球的制備及電性能研究.pdf

1、隨著全球經濟快速增長，對能源的需求與日俱增，資源的消耗和環(huán)境的污染迫切的需要發(fā)展新的可信賴的可持續(xù)的能量儲存和轉換技術，例如:鋰離子電池(LIBs)、超級電容器(EC)等。電極材料是影響儲能設備性能的關鍵。石墨烯由于獨特的性能在儲能器件等領域有很大的應用前景，但是實際比電容較低。聚苯胺(PANI)作為導電聚合物具有比電容高、成本低等優(yōu)點，但是由于其體積膨脹、破裂和收縮，導致循環(huán)壽命較差。將PANI和石墨烯相結合利用其協(xié)同效應提高其比電容

2、和循環(huán)穩(wěn)定性被認為是一種行之有效的方法。另外，三維的結構，尤其是中空的結構，可以有效的增加比表面、縮短傳質傳荷的傳輸長度。所以三維的石墨烯與聚苯胺復合材料在電極材料中有很大的應用前景。
　　本課題首先利用反相懸浮和炭化過程制備了一種石墨烯炭球(GCS)，經過硝酸處理使GCS表面帶上負電荷得到氧化石墨烯炭球(OGCS)，然后苯胺利用靜電作用力在GCS表面原位聚合得到不同反應時間的GCS@PANI，最后氧化石墨烯(GO)在GCS@PA

3、NI微球表面靜電自組裝后還原得到一種具有多層結構的石墨烯/聚苯胺中空復合微球(GCS@PANI@RGO)，復合微球的形態(tài)和微觀結構通過掃描電子顯微鏡、X射線衍射、X射線能譜、傅里葉紅外光譜、X射線光電子能譜、熱重分析、氮氣吸脫附等表征手段進行表征分析，結果表明GCS@PANI-8具有最規(guī)整的結構和晶型，而GCS@PANI@RGO具有良好的多層中空結構，微球的直徑約為20μm，殼層的厚度約為4μm，且層與層之間存在多重的相互作用，如:靜電

4、相互作用、氫鍵和π-π共軛。這種制備空心微球的方法不需要模板的去除過程，降低了制備成本。
　　GCS@PANI@RGO復合微球的電化學性能通過循環(huán)伏安(CV)、恒電流充放電(GCD)及交流阻抗(EIS)來測試研究。首先，作為超級電容器電極材料，樣品GCS@PANI-8@RGGO在5mV s-1的掃描速率下1M H2SO4溶液中展現(xiàn)了一個最高的比電容446.19Fg-1和突出的循環(huán)穩(wěn)定性，在電流密度為2Ag-1時循環(huán)1000次，電容