甲基橙掺杂聚吡咯纳米管的合成及其性能

通过化学氧化法,以Fe(NO3)3为氧化剂,甲基橙(MO)为掺杂剂合成了聚吡咯纳米空心管.通过FT-IR、SEM、TEM和电导率测试等研究了氧化剂和掺杂剂等对聚吡咯形貌结构和电导率的影响;并将聚吡咯纳米管涂覆在工作电极表面制作而成的修饰电极经循环伏安法测试表明具有良好的氧化还原可逆性.     

聚乙酰苯胺/氧化石墨烯纳米复合材料制备及其超级电容性能

采用改进的Hummers方法制备氧化石墨,在乙醇溶液中超声分散120 min得到氧化石墨烯悬浮液。采用滴涂法在玻碳电极表面得到氧化石墨烯薄膜,通过电化学技术在氧化石墨烯薄膜上沉积得到聚乙酰苯胺纳米线,成功制备了聚乙酰苯胺/氧化石墨烯纳米复合材料(PAANI/GO)。利用扫描电镜、循环伏安法和恒电流充放电测试技术对合成材料的形貌和充放电性能进行表征和测试。结果表明,直径为80 nm的聚乙酰苯胺纳米线均匀分散在氧化石墨烯表面,制备的复合材料在1 mol/L高氯酸溶液中,当循环伏安扫速为10 m V/s时,可以获得706 F/g的比电容,PAANI的比电容为285 F/g。聚乙酰苯胺/氧化石墨烯纳米复合材料具有优异的充放电稳定性,当恒电流为1A/g时,循环充放电1 000次比电容是初始值的90%。     

四氧化三锰/聚吡咯/石墨烯复合材料的研制

聚吡咯与石墨烯都具有良好的导电性,并易于与其他材料复合.为了改善金属氧化物材料的电化学性能,采用两步法,先合成氧化石墨烯/聚吡咯复合物,利用高锰酸钾与乙二醇在微波下与氧化石墨烯/聚吡咯复合物反应,制备四氧化三锰/聚吡咯/还原氧化石墨(Mn3O4/PPy/r GO)复合材料,利用扫描电镜、傅立叶红外光谱和X射线衍射对Mn3O4/PPy/r GO复合材料的微观形貌及结构进行表征,并通过循环伏安法和计时电位法对其电化学性能进行测试.结果表明,电流密度为0.5 A/g时,Mn3O4/PPy/r GO复合材料的电容达到546 F/g,经过800圈循环伏安测试后的电容保持率为94.8%.表明Mn3O4/PPy/r GO复合材料具有良好的电化学可逆性与电化学稳定性.其优良的电化学性能可能是Mn3O4/PPy/r GO复合材料中三种组分共同作用的结果,可望应用于新型超级电容器.     

二氧化锰/碳纳米管/聚吡咯复合材料的制备及性能

为了进一步实现其他材料与聚吡咯的性能互补与优化,先以甲基橙为掺杂剂,过硫酸铵为氧化剂,采用软模板法制备具有一维纳米结构的聚吡咯,再利用水热法制备二氧化锰/碳纳米管复合材料,最后将二氧化锰/碳纳米管复合材料与聚吡咯进行混合处理,改变复合材料中二氧化锰/碳纳米管复合材料和聚吡咯微米管的含量,得到了3种不同比例的二氧化锰/碳纳米管/聚吡咯复合材料. 采用扫描电子显微镜测试观察所得产物的微观形貌,通过X-射线粉末衍射仪测试其结构与组成,最后通过电化学工作站测试分析复合物的电化学性能与循环稳定性. 结果表明,二氧化锰/碳纳米管/聚吡咯复合材料在微观上复合均匀,电容性能比单独的聚吡咯或二氧化锰/碳纳米管复合材料量有显著改善.     

偶氮染料掺杂聚吡咯纳米/微米结构材料的制备

采用软模板自组装的方法,使用偶氮染料甲基橙为掺杂剂,以及不同的氧化剂三氯化铁、过硫酸铵(APS)制备出具有纳米/微米结构的聚吡咯材料;同时,采用了其他不同的偶氮染料金橙Ⅳ、橙黄G和偶氮荧光桃红成功合成出其他纳米/微米结构材料聚吡咯.利用傅立叶变换红外光谱、扫描电子显微镜、四探针电阻率测试仪对材料进行表征.结果表明甲基橙分子高度掺杂在聚吡咯分子链中,改变了聚吡咯分子的共轭结构,使其产生了缺陷,从而能够增加聚吡咯的导电性能;用甲基橙为掺杂剂合成的聚吡咯都成一维管状,说明甲基橙掺杂剂在反应中起到了纤维状胶束模板的作用;其他偶氮染料金橙Ⅳ、橙黄G和偶氮荧光桃红为掺杂剂时没有形成聚吡咯纳米管状结构;金橙Ⅳ体系合成的聚吡咯电导率最高.     

甲基橙修饰石墨烯的制备及电容性能

为了改善石墨烯的分散性和提高石墨烯的比电容,采用非共价键表面修饰方法,在氧化石墨烯还原过程中加入甲基橙,利用甲基橙与石墨烯的π－π相互作用,将甲基橙接枝在石墨烯的表面,成功地制备了甲基橙接枝石墨烯.采用傅里叶变换红外光谱（ＦＴＩＲ）、场发射扫描电子显微镜（ＦＥＳＥＭ）及电化学工作站,对改性石墨烯的组成、结构及电化学性能进行了测试.ＦＴＩＲ测试证实了甲基橙成功地接枝到石墨烯的表面,ＦＥＳＥＭ显示改性石墨烯片层剥离比较好;水溶性测试显示与未改性的石墨烯相比,甲基橙改性的石墨烯在水中具有良好的分散性.电化学循环伏安法显示改性石墨烯作为电极材料具有良好的电容倍率特性,而且恒电流充放电测试也显示了当电流密度为０．１５ Ａ／ｇ时,改性石墨烯的比电容达到１０１ Ｆ／ｇ.     

聚吡咯与三氧化二铁复合材料制备与表征

为了得到导电高分子与含铁金属氧化物的复合材料,采用偶氮染料甲基橙为掺杂剂,利用一步法合成聚吡咯/三氧化二铁纳米复合材料,并通过扫描电镜, 傅立叶红外光谱, X射线衍射和四探针法对合成的聚吡咯/三氧化二铁复合材料的结构与微观形貌进行表征,研究了反应条件,主要是甲基橙与二价亚铁离子的用量对于聚吡咯/三氧化二铁复合材料性能与结构的影响.结果表明,在反应体系中引入甲基橙,有利于得到颗粒尺寸较小,粒径分布较均匀的聚吡咯/三氧化二铁复合材料;而且随着二价铁离子与三价铁离子的浓度比增大,所得到复合材料的粒子较大,堆积程度较低,电导率可以达到5.7 S/cm.表明可以通过这种一步法来调控聚吡咯/三氧化二铁复合材料的微观形貌与导电性能,使其在将来能应用在新型电磁功能器件上.     

聚吡咯纳米管对抗坏血酸的电化学检测

为了改善导电聚吡咯对于抗坏血酸的电化学检测性能,采用以甲基橙为软模板,制备了聚吡咯纳米管。利用扫描电子显微、红外光谱、X射线衍射、X射线光电子能谱对产物的结构与微观形貌进行了表征。分别将聚吡咯纳米管与聚吡咯纳米颗粒对抗坏血酸进行电化学检测。循环伏安测试结果表明,聚吡咯纳米管和聚吡咯纳米颗粒对于抗坏血酸都有明显的电化学响应,同时聚吡咯纳米管的比聚吡咯纳米颗粒的响应电流更大,表明聚吡咯纳米管具有更好的电化学检测能力。差分脉冲伏安法研究发现抗坏血酸浓度在0.5 mmol/L~20 mmol/L和20 mmol/L~45 mmol/L范围内,与峰值电流呈良好的线性关系。这表明聚吡咯纳米管作为电化学传感器材料有很好的应用前景。     

氢氧化铜/石墨烯复合材料的制备与表征

为了减弱石墨烯纳米片的聚集并得到高性能的石墨烯基复合材料,先利用微波将氧化石墨烯还原为石墨烯,再与氢氧化铜进行复合得到氢氧化铜/石墨烯复合材料.用X射线衍射和扫描电子显微镜表征了复合材料的结构与微观形貌.结果表明氢氧化铜纳米颗粒均匀地分布在石墨烯表面,有效减弱了石墨烯纳米片的堆积聚集.并对氢氧化铜/石墨烯复合材料进行了染料吸附测试,复合材料对于甲基橙的去除率达到了91.77%.与单独的氢氧化铜相比,复合材料中石墨烯与氢氧化铜之间的相互作用使得复合材料具有高的吸附能力;与单独的石墨烯相比,复合材料中高密度的氢氧化铜使得复合材料容易从废水体系中分离回收,再次利用.这些特征使得氢氧化铜/石墨烯复合材料能被有效用于废水处理领域.     

聚吡咯/二氧化锰复合材料的合成与性能

聚吡咯制备简便、电导率可控,且比电容高、稳定性好、易于跟其他材料复合,是导电聚合物中一种颇具前景的超级电容器的电极材料.结合二氧化锰成本低、比表面积大、可逆性高、电化学性能稳定、环境友好等优点,采用一步法成功制备了聚吡咯/二氧化锰纳米复合材料.通过傅里叶红外光谱、X射线衍射、扫描电子显微镜、X射线能量色散谱等测试,对聚吡咯/二氧化锰复合材料的结构和形貌进行表征;并且通过循环伏安法和计时电位法对其进行电化学性能测试.结果表明在电流密度为1A/g时,所合成的聚吡咯/二氧化锰复合材料的电容比聚吡咯大几十倍,达到559F/g,并且保持率达到98.64%,表明聚吡咯/二氧化锰复合材料具有优良的电化学性、良好的可逆性和优秀的稳定性,与其他同类超级电容器电极材料对比具有一定的优势.     

聚吡咯/磺化石墨烯/磺化碳纳米管复合材料的界面合成

对氧化石墨烯（GO）和碳纳米管（CNT）进行磺化处理,得到的磺化石墨烯（SG）和磺化碳纳米管（SCNT）在溶液中有良好的分散性。将SG、SCNT和氧化剂溶于水中形成水相,聚吡咯（PPy）单体溶于有机溶剂中形成有机相。有机相与水相之间发生界面反应,得到PPy/SG/SCNT复合材料。采用扫描电子显微镜、X射线衍射、电化学工作站对复合材料进行表征与测试。结果表明:PPy/SG/SCNT复合材料组分复合均匀,是无定形材料,其电化学性能较单独的PPy、SG或SCNT更优越,而且当正己烷作为有机溶剂时,所得到的三组分复合材料更适合作为超级电容器电极材料。     

四氧化三锰/石墨烯超级电容器的制备及分析

为了最大程度上保留石墨烯的晶格结构以提高其电导并简化过渡金属氧化物与石墨烯复合物的制备过程,通过氢电弧放电和简易的高温处理成功制备得到四氧化三锰/石墨烯纳米复合材料,并将其用作超级电容器的电极.通过XRD、Raman光谱和TEM对产物的形貌、结构及成分进行了表征.电化学测试结果表明,由该材料制得的超级电容器具有良好的电容性质、出色的电化学稳定性(循环3 000圈后大约保持96%)以及较低的等效串联电阻.同时,四氧化三锰的掺入可使其比电容提高到纯石墨烯电极的3倍.因此,此方法为制备以新型石墨烯复合过渡金属氧化物作为高性能超级电容器电极的研究提供了新思路.     

聚吡咯/石墨烯复合水凝胶的制备与性能

先通过软模板法制备具有纳米管状结构的聚吡咯（PPy）,再以此PPy与氧化石墨烯（GO）为前驱物,通过水热法制备具有三维结构的聚吡咯/石墨烯（PG）复合水凝胶。研究了PPy用量对复合水凝胶的影响。利用扫描电子显微镜对其形貌进行表征,用循环伏安法和恒电流充放电法对复合凝胶的电化学性能进行了研究。结果表明,当m（PPy）∶m（GO）在1.5∶1到2.5∶1之间时,可以形成完整的PG复合水凝胶,复合水凝胶可承受自身重量约1 000倍的压力。PG复合水凝胶具有良好的电化学性能,当恒电流充放电测试的电流密度增加到20 A/g时,复合水凝胶的比电容仍然大于400 F/g。这些结果表明PG复合水凝胶在超级电容器领域有着较好的应用前景。     

水热法制备聚苯胺/石墨烯复合材料的研究

以氧化石墨烯（GO）与苯胺作为前驱物,在高温高压下一步水热反应,合成了聚苯胺/石墨烯（PANI/Gr）复合材料。利用紫外可见光谱、傅里叶变换红外光谱、扫描电子显微镜研究了PANI/Gr复合材料的结构和微观形貌,进一步利用电化学工作站探究了PANI/Gr复合材料的电化学性能。研究了水热反应时苯胺与GO的投料质量比对所得复合材料的结构与电化学性能的影响。循环伏安法和恒电流充放电测试结果表明由于聚苯胺与石墨烯的相互作用,复合材料的电容性能比单组分的聚苯胺和石墨烯要高。这说明通过GO与苯胺的一步水热反应成功制备了具有优良电容性能的PANI/Gr复合材料。     

石墨烯／氧化锰／聚苯胺微纳米复合材料的制备及其超级电容器性质的研究

本文主要对石墨烯／氧化锰／聚苯胺微纳米复合物作为超级电容器电极材料的制备及其电容性质进行了研究。红外光谱、X一射线光电子能谱和扫描电镜等测试结果表明已成功合成了三元微纳米复合物。通过循环伏安测试和恒电流充放电测试表明石墨烯与氧化锰以1：5的质量比进行复合得到的产物电化学储能性质最好。三元复合时,随着苯胺的增加,三元复合物的充放电时间逐渐增长,苯胺与石墨烯／氧化锰复合材料的质量比为2：1时,复合物的比电容为311F／g,比石墨烯／氧化锰的比电容（171F／g）高出近一倍,由此可知,聚苯胺的加入显著提高了二元复合物的比电容。     

LiFePO4/石墨烯复合材料的电化学性能比较

分别以水热合成的石墨烯（H-Gr）和商业化石墨烯（C-Gr）为载体,以溶胶-凝胶法合成的LiFePO4（S-LFP）和商业化的LiFePO4（C-LFP）为活性组分,通过固相法制备了4个LiFePO4/石墨烯复合物。采用X射线粉末衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）和电化学性能测试,对上述LiFePO4/石墨烯复合物进行了对比研究。实验结果表明,C-LFP/H-Gr显示了最高的可逆放电容量,0.1C倍率下,达到155.0mA.h.g-1,其次是C-LFP/C-Gr（144.6mA.h.g-1）和S-LFP/H-Gr（131.5mA.h.g-1）,S-LFP/C-Gr的性能最差,仅为119.6mA.h.g-1。C-LFP/H-Gr较高的电化学容量,一方面可归结于商业化的LiFePO4较小的粒径和良好的晶型结构;另一方面水热合成的石墨烯小的片层结构对LiFePO4的良好包覆,不仅增强了材料导电性,而且提高了活性物质LiFePO4的利用率。