核壳结构PANI-Co3O4复合纳米颗粒的制备及性能研究

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近年来,化石燃料消耗引起的资源短缺和包括微波污染在内的环境污染逐渐对人类的生存带来了威胁。针对这些问题,超级电容器和微波吸收材料成为研究热点。Co3O4和PANI分别作为典型的过渡金属氧化物和导电聚合物,在超级电容器电极材料和微波吸收材料上均有重要应用,但两者都存在不足,无法满足实际应用的要求。为解决上述问题,进一步提高材料的性能,本研究制备了核壳结构PANI-Co3O4复合纳米颗粒,并测试分析了其电化学超级电容性能和微波吸收性能。具体内容如下:(1)采用碳辅助法和原位聚合法制备了核壳结构PANI-Co3O4复合纳米颗粒。表征分析表明,制备的复合纳米颗粒约为85nm,核Co3O4为尖晶石结构,粒径约55nm,壳PANI为无定形态;PANI包覆后,包覆界面发生作用,复合纳米颗粒相对于Co3O4纳米颗粒光学带隙变窄且紫外可见光谱吸收能力和亲水性显著提高。(2)采用电化学工作站进行了PANI-Co3O4电极的电化学性能测试与分析。结果表明,在电流密度为1.25 A g-1时,PANI-Co3O4电极的比电容高达1184 F g-1;在电流密度为12.5 A g-1时,经过1000次的循环寿命测试后,比电容仍有84.9%的剩余。另外,PANI-Co3O4电极还有良好的电学传导性和离子扩散性;(3)采用网络矢量分析仪进行了PANI-Co3O4吸波样品的微波吸收性能测试与分析。结果表明,在厚度为2.5 mm时,PANI-Co3O4吸波材料在微波频率为11.7 GHz时最大反射损耗高达-45.8 dB。在厚度为2-5.5 mm时,PANI-Co3O4吸波材料在反射损耗小于-10 dB时的带宽为14.1 GHz;与极有限的已知的PANI-Co3O4复合材料研究相比,本研究采用核壳结构将纳米级Co3O4和纳米级PANI进行结合,在核壳界面形成协同效应,制备出具有窄光学带隙和高亲水性PANI-Co3O4复合纳米材料,显著提高其电化学超级电容性能,并在微波吸收方面取得良好应用,实现了材料的多功能化,使材料有望实现实用化和产业化。
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