基于石墨烯的二氧化锰聚苯胺纳米棒阵列的制备及其电化学性能研究-化学专业论文.docx

中文 中文摘要 重庆大 重庆大学硕士学位论文 I I PAGE PAGE VI 摘 要 近些年，超级电容器由于其高的功率密度、快速的充放电速率以及长的循环 使用寿命已经引起了研究者越来越多的兴趣。超级电容器的性能高度依赖于电极 材料的性能。目前主要使用的电极材料包括碳材料、金属氧化物以及导电聚合物。 在导电聚合物中，聚苯胺(PANI)被认为是最具有应用前景的电极材料。然而，PANI 电极材料存在循环稳定性差的问题，为此，PANI 与石墨烯(rGO)及二氧化锰(MnO2) 这两种也非常具有前景的材料的二元以及三元复合物得到了研究者的关注。但是 现在关于 rGO/MnO2/PANI 三元复合物的研究报道非常少，且在有限的报道中，材 料的结构都为无序结构，各组分都是随机的组合在一起，这样限制了材料的有效 利用。为了进一步改善 PANI 的稳定性，提高 rGO/MnO2/PANI 三元复合物的电化 学性能，我们首次设计合成了有序的 rGO/MnO2/PANI 纳米棒阵列结构的三元复合 物。 本文中，我们采用 Hummers 法制备了氧化石墨(GO)，然后利用水合肼对其进 行还原得到 rGO。然后将 rGO 分散液滴涂与玻碳片上得到 rGO 薄膜。采用循循环 伏安(CV)沉积法在 rGO 表面电沉积 MnO2，最后同样采用 CV 法在 MnO2 表面制得 PANI 而得到 rGO/MnO2/PAN 三元复合物。采用红外光谱(FTIR)、拉曼光谱、X-射 线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)以及透射电镜(TEM)对材料的结构和形貌进行了表 征。利用 CV、恒流充放电以及交流阻抗(EIS)测试了材料的电化学性能。研究结果 如下： 当以 0.2mg ml-1 的浓度进行滴涂时，rGO 成膜比较均匀，在其表面进行电沉积 的 MnO2 纳米棒更加有序，电化学性能越好。在 10 A g-1 电流密度下, rGO 的比电 容为 88 F g-1，且具有良好的可逆性和稳定性。 通过对比有无 rGO 薄膜作为支撑材料时沉积的 MnO2 的形貌，发现 rGO 表面 的 MnO2 生长为纳米棒结构；而无石墨烯时，MnO2 为纳米片结构。这说明 rGO 对 于纳米棒的形成起到了至关重要的作用。分析表明 rGO 改变了 MnO2 的晶体的生 长模式，使其各向同性生长变为各向异性生长，从引起了形貌的差异。 对制备的 rGO/MnO2/PANI 纳米棒阵列的比电容和循环稳定性测试结果表明， 三元复合材料在 0.5 A g-1 的电流密度下的比电容达到 755 F g-1，在 10 A g-1 的电流 密度下循环充放电 1000 次后其比电容保持率为 87%。相信此复合材料在超级电容 器中具有非常大的应用潜力。 关键词: 超级电容器，聚苯胺，石墨烯，二氧化锰，纳米棒阵列 英文摘 英文摘要 重庆大 重庆大学硕士学位论文 III III PAGE PAGE IV ABSTRACT In recent years ， Supercapacitors have attracted more and more interests of researchers due to its high power density, fast charging-discharging rate and excellent long cycle life. The electrochemical performance of supercapacitors is highly dependent on the performance of electrode materials. Carbon-based active materials, metal oxide and conducting polymer are used as main materials in electrode of supercapacitors. Among numerous conductive polymers, polyaniline (PANI) is considerably attractive. However, the PANI-based electrodes always suffer from poor cycle stability, so the binary and ternary composites of PANI with graphene and manganese dioxide (MnO2), which are also regarded as the promising electrode materials, have aroused the attent