Graphene oxide-filled conducting polyaniline composites as methanol-sensing materials

Polyaniline/graphene oxide (PANI/GO) composites were prepared by polymerization of aniline monomer in the presence of GO under acidic conditions. The synthesized samples were characterized by Fourier transform infra red spectroscopy, ultraviolet–visible absorption, Raman spectroscopy, X-ray diffraction, scanning electron microscopy, transmission electron microscopy and thermogravimetric analysis. The direct current electrical conductivity of the composite was calculated by a four-probe technique. It is found that the conductivity dramatically increased to 241 S m^?1 for PANI/GO (5 wt%) composite at 110 °C compared to pure PANI (7.5 S m^?1). The composite material was investigated as a methanol vapour sensor and compared with pure PANI. The methanol-sensing characteristics of the prepared composite was monitored by measuring the change in electrical resistivity on exposure to methanol vapour at different concentrations. The resistivity of PANI increases on exposure to methanol vapour because of strong hydrogen bonding between methanol with the polymer chain. A density functional theory study was carried out to verify the proposed concept of hydrogen bonding between the polymer chains and methanol. The presence of GO in PANI/GO composite increases the sensitivity towards methanol as compared with the pure PANI.     

纤维素纳米纤丝-还原氧化石墨烯/聚苯胺气凝胶柔性电极复合材料的制备与性能

利用高长径比的纤维素纳米纤丝（CNF）与片层结构的氧化石墨烯（GO）形成的CNF-GO复合水凝胶经抗坏血酸还原制备出CNF-还原氧化石墨烯（rGO）复合水凝胶材料。通过冷冻干燥法得到CNF-rGO复合气凝胶,并进一步通过苯胺单体在CNF-rGO复合气凝胶的孔道内原位聚合制备出CNF-rGO/聚苯胺（PANI）气凝胶柔性电极复合材料。研究了不同苯胺、CNF和GO的质量比对CNF-rGO/PANI气凝胶柔性电极复合材料的结构形貌和电化学性能的影响。结果表明,苯胺原位聚合后所得CNF-rGO/PANI复合气凝胶仍具有紧密的三维多孔网络结构。与rGO/PANI气凝胶电极复合材料相比,CNF-rGO/PANI气凝胶电极复合材料具有更理想的电容行为。当CNF与GO质量比为60∶40,PANI添加量为0.1 mol时,CNF-rGO/PANI气凝胶电极复合材料比电容可达85.9 Fg-1,且其电化学性能几乎不受弯曲程度的影响,展现出了良好的柔韧性和电化学性能。      

三维多孔结构聚苯胺/石墨烯复合材料的制备及电化学性能

以自制聚苯胺水凝胶和氧化石墨烯为原料采用原位聚合法和溶液灌注法制备三维多孔结构的聚苯胺/氧化石墨烯复合材料,然后在氢碘酸的还原下制备聚苯胺/石墨烯复合材料。采用红外光谱法、场发射扫描电子显微镜和热重分析法对制备的复合材料的结构、形貌和组成进行表征,并采用三电极测试方式对其电化学性能进行测试。结果表明,氧化石墨烯的掺入能有效防止聚苯胺和氧化石墨烯的团聚和堆叠问题,获得了具有良好三维多孔结构的聚苯胺/氧化石墨烯复合物;聚苯胺/氧化石墨烯复合材料被氢碘酸还原后,得到的聚苯胺/石墨烯复合材料的热稳定性有所降低,但其比电容和导电性等有了很大的提高,在电流密度为0.5 A/g时,PANI/GO和PANI/r GO的比电容分别为240.38 F/g和321.91F/g。     

改性石墨烯/聚苯胺的制备及其环氧涂层的防腐蚀性能

为了改善环氧树脂防腐蚀涂料存在的孔洞缺陷,以改性石墨烯/聚苯胺复合材料作填料来提高环氧涂料的防腐蚀性能。首先采用改进的Hummers法制备了氧化石墨烯(GO),再利用对苯二胺还原GO得到改性石墨烯(PGO),进一步制备出改性石墨烯/聚苯胺(PGO/PANI)复合材料。通过拉曼光谱仪、场发射扫描电镜等研究了PGO/PANI的结构和微观形貌,利用盐雾试验、Tafel曲线和电化学阻抗谱研究了 PGO/PANI的防腐蚀性能。结果表明:PGO/PANI涂层的腐蚀等级由空白环氧涂层的10级提高到5级;PGO与PANI有良好的协同作用,PGO与苯胺单体质量比为0.10时,所制备的PGO/PANI复合涂层的防腐蚀效果较好,腐蚀电压为-194.59mV (vs SCE)、腐蚀电流密度为2.12×10^-9A/cm^2.     

聚苯胺炭柱撑石墨烯复合材料的制备及其电化学性能的研究

通过真空抽滤诱导自组装及热解还原处理, 制备出具有柱撑结构的聚苯胺炭/石墨烯复合材料(PGR)。采用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、X射线电子能谱(XPS)和电化学测试等表征技术考察了聚苯胺单体(AN)与氧化石墨烯(GO)质量比对PGR结构和电化学性能的影响。结果表明, 聚苯胺炭均匀分布在石墨烯(GR)片层间形成三维导电网络, 有效地增大了GR的层间距, 且实现了氮掺杂, 显著提高了GR的结构稳定性和电化学性能; AN与GO质量比为1 : 1时制备的样品PGR1在100 mA/g电流密度下的首次脱锂比容量为653 mAh/g, 当电流密度增大至1 A/g时, 仍具有高达343 mAh/g的脱锂比容量, 远高于GR的脱锂比容量(101 mAh/g), 表现出优异的倍率性能。     

石墨烯的种类对剑麻纳米纤维素/石墨烯/聚苯胺复合材料电化学性能的影响

基于绿色可再生的剑麻纳米纤维素,采用超声分散方法制备剑麻纳米纤维素/石墨烯(CNF/G)分散液,通过机械共混法制备剑麻纳米纤维素/石墨烯/聚苯胺(CNF/G/PANI)复合材料,采用红外光谱、X射线衍射、拉曼光谱和扫描电镜对复合材料的结构和形态进行表征,采用循环伏安、恒流充放电、交流阻抗等方法研究材料的电化学性能,侧重研究石墨烯的种类对CNF/G/PANI复合材料电化学性能及结构的影响。结果表明,加入石墨烯纳米片(GNS),聚苯胺(PANI)和剑麻纳米纤维素(CNF)穿插于GNS中,产生较多的孔洞,复合材料的比电容最高值达到322.25 F/g,内阻仅为0.77Ω,在5 A/g的电流密度下,循环充放电1000次,复合材料的电容保持率达到76.92%。     

Highly conductive graphene oxide/polyaniline hybrid polymer nanocomposites with simultaneously improved mechanical properties

Graphene oxide (GO) was added to a polymer composites system consisting of surfactant-wrapped/doped polyaniline (PANI) and divinylbenzene (DVB). The nanocomposites were fabricated by a simple blending, ultrasonic dispersion and curing process. The new composites show higher conductivity (0.02–9.8 S/cm) than the other reported polymer system filled with PANI (10⁻⁹–10⁻¹ S/cm). With only 0.45 wt% loading of GO, at least 29% enhancement in electric conductivity and 29.8% increase in bending modulus of the composites were gained. Besides, thermal stability of the composites was also improved. UV–Vis spectroscopy, X-ray diffraction analysis (XRD) and scanning electron microscopy (SEM) revealed that addition of GO improves the dispersion of PANI in the polymer composite, which is the key to realize high conductivity.     

三维多级孔石墨烯/聚苯胺复合材料的制备及电化学性能

采用水热法合成聚糠醇（PFA）,探究了表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮（PVP）添加量和反应时间对PFA微观形貌的影响。将改进Hummers法制备的氧化石墨烯（GO）对PFA、泡沫Ni进行包覆,探讨了PFA模板与GO不同质量比的包覆效果。去模板后成功构筑三维大孔石墨烯（3D rGO）,3D rGO再经KOH活化获得三维多级孔石墨烯（3D PrGO）,3D PrGO经与聚苯胺（PANI）原位复合获得3D PrGO/PANI复合材料。采用XRD、SEM、TEM、FTIR、XPS和比表面（BET）分析法对材料的物相组成、微观结构、形貌、比表面和孔径进行表征,采用循环伏安、恒流充放电、电化学阻抗谱分析了3D PrGO/PANI复合材料的电化学性能。结果表明:通过控制糠醇、PVP及水的比例,在180℃水热反应24 h成功制备了球径在500 nm左右的PFA微球。在PFA与GO质量比为1∶1时包覆效果最佳。450℃热处理6 h成功去除PFA模板并形成400~600 nm左右的大孔,经KOH活化后,在3D PrGO上形成介孔结构。3D PrGO/PANI复合材料在0.5 A/g电流密度下比电容为433 F/g,在1 A/g下1 000次循环充放电之后,3D PrGO/PANI复合材料的比电容保留率为75%,高于纯PANI的69%。      

一步合成还原氧化石墨烯/MnO2复合材料及其电化学性能

通过水热法, 利用氧化石墨烯(GO)和二价锰盐, 一步合成了还原氧化石墨烯/MnO₂(RGO/M)复合电极材料。采用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、拉曼光谱(RS)、傅里叶红外光谱(FTIR)和场发射扫描电镜(FESEM)等测试电极材料的物性, 通过循环伏安、交流阻抗和恒流充放电等方法研究电极材料的电化学性能。结果表明, 在一定水热反应条件下, 通过控制GO与二价锰盐配比, 可以调节RGO/M的结构及其电化学性能。在1 A/g电流密度下, 所得RGO/M复合电极的比电容可达277 F/g, 经过500次循环后, 保持率达到98%。     

PPy/MWNTs/GO复合材料的制备与电化学性能研究

以吡咯为单体,多壁碳纳米管和氧化石墨烯为模板,过硫酸铵为氧化剂,采用原位化学聚合法制备了聚吡咯/多壁碳纳米管/氧化石墨烯(PPy/MWNTs/GO)复合材料.利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线衍射谱(XRD)、扫描电镜(SEM)、循环伏安法(CV)和电化学交流阻抗谱(EIS)对制备复合材料的结构、微观形貌和电化学性能进行了研究,探讨了多壁碳纳米管/氧化石墨烯比例、吡咯用量对复合材料电容性能的影响.研究结果显示,PPy/MWNTs/GO复合材料具有较大的比电容和良好的循环稳定性,且具有较小的电荷转移电阻,接近于理想的超级电容器用电极材料.     

不同水醇比条件下原位聚合的聚吡咯/石墨烯复合材料的电容性能

在不同水醇比的溶剂环境下,利用原位聚合法制得聚吡咯/氧化石墨烯复合物,再经还原得到聚吡咯/还原氧化石墨烯复合材料。通过红外光谱、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等测试方法对复合材料的结构和形貌进行表征,利用电化学工作站对复合物的电化学性能进行了测试。结果表明,在不同水醇比的溶剂条件下所制备的还原氧化石墨烯与聚吡咯复合材料都具有优异的电容性能和良好的稳定性。当水醇比为9∶1(体积比,下同)时,所制备的材料具有最稳定的电容性能。     

rGO/PANI/MnO2三元复合材料的制备和电化学性能

用水热合成法和冻干操作制备石墨烯/聚苯胺/二氧化锰三元复合材料(rGO/PANI/MnO₂),使用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和扫描电子显微镜(SEM)对其进行了表征。结果表明,用这种简单高效的方法制备的复合材料,具有相互交联的网络状结构和自支撑特性。在反应过程中MnO₂与聚苯胺形成不规则的块状结构,共沉积在石墨烯自组装形成的网络片层上。这种复合材料具有良好的电容性能,比电容为388 F·g-1(0.5 A·g^-1),优于单纯的石墨烯(rGO,234 F·g-1)和聚苯胺电极(PANI,176 F·g-1)。使用这种复合材料作为正极、rGO作为负极组装的一种不对称超级电容器,能在0～1.6 V范围内可逆循环,功率密度为17.48 W·kg^-1时最大能量密度为13.5 Wh·kg^-1。     

聚苯胺/氧化石墨的合成及其在DNA识别上的应用

采用层离/吸附和原位聚合相结合的方法合成了聚苯胺/氧化石墨复合材料（PAn/GO）.利用TEM、AFM、XRD、FTIR等方法对PAn/GO的结构和电化学性能进行了研究.以PAn/GO修饰炭糊电极为工作电极,采用方波伏安法（SWV）检测了单链小牛胸腺DNA（CTssDNA）和双链小牛胸腺DNA（CTdsDNA）.研究结果表明：PAn/GO为当量直径约60 nm～70 nm的扁球状纳米颗粒,这些纳米颗粒呈链状聚集,并具有电化学活性;聚苯胺（PAn）以双层平行排列的方式嵌入氧化石墨层间和包覆在氧化石墨表面两种形式与氧化石墨结合;PAn/GO修饰炭糊电极识别单链小牛胸腺DNA（CTssDNA）和双链小牛胸腺DNA（CTdsDNA）时的峰电位分别为90.99 mV和18.00 mV.     

有机化学合成法制备碳纳米管/聚苯胺复合材料

通过有机化学合成法使苯胺单体接枝到碳纳米管表面,然后再经化学原位聚合法制备碳纳米管/聚苯胺复合材料.用傅立叶变换红外光谱和扫描电子显微镜对复合材料的成分和形貌进行表征.用循环伏安法、恒流充放电和电化学阻抗等电化学测试手段来表征复合材料的电化学性能.研究结果表明,所制备的复合材料比容量可达到152F/g(有机电解液),显著高于同样条件下的纯聚苯胺、纯碳纳米管及由原位化学聚合法所制备碳纳米管/聚苯胺复合材料的电化学容量(65、25、80F/g),显示出良好的应用前景.     

Facile synthesis of papillae-like polyaniline nanocones on graphene nanosheets for ultracapacitors

Papillae-like polyaniline (PANI) nanocones arrays growing on graphsene nanosheets (GNs) were synthesized in mass at low cost by in situ polymerization with the assistant of ethanol. Scanning electron microscopy and transmission electron microscopy images show that papillae-like PANI nanocones arrays are located uniformly on flexible two-dimensional GNs. Electrochemical properties are tested by cyclic voltammetry, galvanostatic charge/discharge and electrochemical impedance spectroscopy. The electrochemical performances of GNs/PANI hybrid are better than those of bare GNs or PANI. GNs/PANI electrode delivered a maximum specific capacitance of 372 F g^?1 at a current density of 0.1 A g^?1 in 1.0 M Na₂SO₄ aqueous solution. And the composite exhibit an excellent cycle life with ~80% specific capacitance retention over 3000 cycles at 1 A g^?1. The GNs/PANI nanocomposites will be one of the most promising flexible electrode materials for high-performance ultracapacitors.     

石墨烯/银纳米颗粒复合材料的制备及其对双氧水的电化学检测

以氧化石墨烯(GO)和硝酸银为原材料,聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为还原剂和稳定剂,通过水热法制备出还原氧化石墨烯/银纳米颗粒(rGO/AgNPs)复合材料。采用透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)及紫外-可见分光光度计(UV-Vis)对rGO/AgNPs复合材料的形貌、组成和结构进行表征。同时,将rGO/AgNPs复合材料修饰到玻碳电极表面制备出过氧化氢(H_2O_2)电化学传感器,通过循环伏安法(CV)和计时安培响应法(i-t)对传感器进行电化学性能测试。实验结果表明:制备的rGO/AgNPs传感器具有较好的电化学性能,其对H_2O_2检测的灵敏度为340.6μA·(mmol/L)~(-1)·cm~(-2),响应时间为3s,最低检测极限为7.5μmol/L(S/N=3),线性检测范围为20~4950μmol/L(线性相关系数为R=0.9973)。     

氧化石墨烯在纺织品领域的抗菌应用

目的总结归纳氧化石墨烯及其复合材料在抗菌纺织品类包装材料的应用现状,为氧化石墨烯及其复合材料在纺织领域的应用提供参考。方法总结氧化石墨烯的性能、结构特点以及抗菌机理,阐述氧化石墨复合材料、复合纤维材料和复合织物等纺织品类材料的抗菌性能应用,并简单讨论氧化石墨烯的抗菌影响因素和氧化石墨烯的生物安全性。结果氧化石墨烯具有二维纳米结构、优异的比表面积和水溶性,纺织品类包装材料通过与氧化石墨烯的复合应用可改善其抗菌性能。目前,氧化石墨烯抗菌性能的应用尚处于初级阶段,需要更深入的研究。结论随着对氧化石墨烯研究的不断深入,氧化石墨烯在抗菌纺织品类包装材料的应用会越来越广泛。     

聚苯胺-石墨烯/聚酰亚胺复合导电纱的制备及其超电容特性

为了提高石墨烯/聚酰亚胺(rGO/PI)复合纱线电极的电化学性能,采用电化学聚合法在rGO/PI复合纱线表面沉积聚苯胺(PANI)颗粒,研究了沉积时间对PANI-rGO/PI复合导电纱的形貌及增重的影响。结果表明, PANI在rGO/PI复合纱线表面均匀沉积,且沉积量随着沉积时间的增加而增大。采用循环伏安法(CV)、恒流充放电法(GCD)研究了PANI-rGO/PI复合导电纱线的电化学行为。结果表明, PANI沉积时间对纱线电极的循环伏安特性、恒流充放电曲线等有很大的影响,当PANI沉积时间为900 s时,所得PANI-rGO/PI复合纱线电极的循环伏安特性和恒流充放电性能表现均最优,比电容为81.22 F·cm^-3,而rGO/PI纱线电极仅为16.4 F·cm^-3。以最优工艺制得的PANI-rGO/PI复合导电纱作为电极组装了纤维状超级电容器,采用交流阻抗谱法(EIS)、 CV及GCD对器件进行电化学性能表征。结果表明,该器件体积比电容可达41.73 F·cm^-3,在充放电3 000次后比电容依然能够维持在85%左右,所得纤维状超级电容器经过串联可成功驱动LED灯。     

Graphene/PANI hybrid film with enhanced thermal conductivity by in situ polymerization

Heat dissipation in time is essential for long-term reliability of electrical devices. Graphene, with superior thermal conductivity and excellent flexibility, exhibits a potential to substitute currently used graphite film for thermal management. In this work, a free-standing film with enhanced thermal conductivity and better flexibility was achieved by a facile and environmentally friendly in situ polymerization. The ‘molecular welding’ strategy was introduced for preparation of graphitized graphene oxide/polyaniline (gGO/PANI) hybrid film, and the uniformly distributed PANI, serving as a solder, connected adjacent graphene sheets and filled in air voids of GO films. Scanning electron microscopy, Fourier transform infrared spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy, X-ray diffraction and Raman spectroscopy were used to determine the structure of PANI and the interaction between GO and PANI. The in-plane thermal conductivity of gGO/PANI film is enhanced by 38% to 1019.7 ± 0.1 W m^?1 K^?1 with addition of 12 wt% PANI, compared with that of pristine gGO film. Besides, the gGO/PANI film shows better flexibility than gGO film after 180° bending for 500 times.     

超级电容器用聚苯胺／活性炭复合电极的研究

通过循环伏安法在多孔活性炭表面沉积了聚苯胺膜,并采用扫描电子显微镜、交流阻抗潜以及恒电流允放电技术对聚苯胺、活性炭和聚苯胺/活性炭复合电极进行了研究.结果显示:聚苯胺在活性炭表面形成一层由多孔网状结构组成的均匀的膜.聚苯胺/活性炭复合电极比活性炭电极具有更高的容量,同时比聚苯胺电极具有更好的循环稳定性.聚苯胺/活性炭复合电极的比电容为587F/g,而活性炭电极仅为140F/g.在50次充放电循环后,聚苯胺电极比电容从513降至334F/g,而聚苯胺/活性炭复合电极从415F/g下降为383F/g.