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随着全球经济快速增长,对能源的需求与日俱增,资源的消耗和环境的污染迫切的需要发展新的可信赖的可持续的能量储存和转换技术,例如:锂离子电池(LIBs)、超级电容器(EC)等。电极材料是影响储能设备性能的关键。石墨烯由于独特的性能在储能器件等领域有很大的应用前景,但是实际比电容较低。聚苯胺(PANI)作为导电聚合物具有比电容高、成本低等优点,但是由于其体积膨胀、破裂和收缩,导致循环寿命较差。将PANI和石墨烯相结合利用其协同效应提高其比电容和循环稳定性被认为是一种行之有效的方法。另外,三维的结构,尤其是中空的结构,可以有效的增加比表面、缩短传质传荷的传输长度。所以三维的石墨烯与聚苯胺复合材料在电极材料中有很大的应用前景。本课题首先利用反相悬浮和炭化过程制备了一种石墨烯炭球(GCS),经过硝酸处理使GCS表面带上负电荷得到氧化石墨烯炭球(OGCS),然后苯胺利用静电作用力在GCS表面原位聚合得到不同反应时间的GCS@PANI,最后氧化石墨烯(GO)在GCS@PANI微球表面静电自组装后还原得到一种具有多层结构的石墨烯/聚苯胺中空复合微球(GCS@PANI@RGO),复合微球的形态和微观结构通过扫描电子显微镜、X射线衍射、X射线能谱、傅里叶红外光谱、X射线光电子能谱、热重分析、氮气吸脱附等表征手段进行表征分析,结果表明GCS@PANI-8具有最规整的结构和晶型,而GCS@PANI@RGO具有良好的多层中空结构,微球的直径约为20 μm,壳层的厚度约为4 μm,且层与层之间存在多重的相互作用,如:静电相互作用、氢键和π-π共轭。这种制备空心微球的方法不需要模板的去除过程,降低了制备成本。GCS@PANI@RGO复合微球的电化学性能通过循环伏安(CV)、恒电流充放电(GCD)及交流阻抗(EIS)来测试研究。首先,作为超级电容器电极材料,样品GCS@PANI-8@RGO在5mVs-1的扫描速率下1 M H2SO4溶液中展现了一个最高的比电容446.19 F g-1和突出的循环稳定性,在电流密度为2 Ag-1时循环1000次,电容保持93.4%,甚至循环至5000次,还可以保持88.7%。将GCS@PANI-8@RGO微球进行半电池测试,结果表明GCS@PANI-8@RGO微球的首放为1161.9 mAh g-1,循环50次后的比容量为495.0 mAh g-1,倍率性能好。良好的电化学性能可归因于其独特的多层中空结构和GCS、PANI及RGO三者之间的协同效应。