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随着人类社会的发展,发展新一代储能元件对于减缓化石能源的消耗以及环境污染等问题显得越来越重要。导电聚合物基超级电容器作为储能元件以其独特的法拉第赝电容储能机理受到人们的广泛关注。纳米结构聚苯胺(PANI)因其纳米尺寸效应、低廉价格、良好的导电性能、独特的掺杂/脱掺杂机制以及较高的电化学稳定性等优点,而被视为一种重要的超级电容器电极材料。提高聚苯胺电极材料的电化学储能性能是超级电容器电极材料研究的重要方向。本文以苯二胺与苯胺进行共聚,采用传统化学氧化聚合的方法制备出纳米结构苯胺共聚物,着重研究了苯二胺的种类和过硫酸铵/三氯化铁复合氧化剂体系对制备纳米结构苯胺共聚物的影响,并评估了纳米结构苯胺共聚物作为超级电容器电极材料的储能特性。主要研究成果如下: (1)苯二胺种类对苯胺共聚物反应过程的影响: 分别考察了对苯二胺(pPA)、邻苯二胺(oPA)和间苯二胺(mPA)三种苯二胺在不同比例的复合氧化剂体系引发下的反应过程。分别将0.002 M三种苯二胺分别加入到0.1 M苯胺单体盐酸溶液中,苯胺与复合氧化剂体系的摩尔比为1:1。通过观察反应过程中溶液的颜色变换,发现对苯二胺对苯胺单体聚合具有加速效应,而邻苯二胺对于苯胺单体聚合有阻碍作用,间苯二胺所对应的反应速率介于对苯二胺和邻苯二胺之间。研究还表明,少量三氯化铁的引入,也能对苯胺单体聚合产生一定的加速效果,但会导致苯胺共聚物的电导率和产率下降比较明显。进一步通过场发射扫描电镜观察,可以看出,采用对苯二胺在过硫酸铵作为引发剂时,可以得到较为光滑的苯胺共聚物纳米纤维,而引入三氯化铁的复合体系,所得纳米结构为类似线圈式结构;邻苯二胺所对应的苯胺共聚物表现为纳米棒结构,间苯二胺所对应的苯胺共聚物也表现出棒状结构,长度介于对苯二胺和邻苯二胺之间。 (2)苯二胺种类对苯胺共聚物结构与性能的影响: 对上述制备的苯胺共聚物进行化学结构、晶体结构和热稳定性的研究。可以发现对苯二胺对于苯胺共聚物的化学结构影响并不显著,单纯采用三氯化铁作为氧化剂所得产物是低聚体,而随着三氯化铁组分减少,所得产物中低聚体的含量越低;采用对苯二胺在纯过硫酸铵作为氧化剂时,所制备的苯胺共聚物在所有产物中具有最高的热稳定性。邻苯二胺对苯胺共聚物的化学结构影响也不明显,但邻苯二胺的引入,提高了苯胺共聚物的有序性,所对应的产物都具有较好的热稳定性。间苯二胺同样对苯胺共聚物的化学结构没有什么明显影响,但苯胺共聚物的有序性提高了,使用纯过硫酸铵作为氧化剂制备的苯胺共聚物具有较高的热稳定性。 (3)苯二胺种类对对苯胺共聚物储能特性的影响: 分别采用循环伏安测试、恒流充放电测试和交流阻抗谱对苯胺共聚物的电化学性能进行研究,比较了不同苯二胺在不同复合氧化剂体系下所制备苯胺共聚物的储能特性;并在优化条件下,进一步减少苯胺单体的浓度,研究苯胺浓度对苯胺共聚物的电化学性能的影响。研究表明,0.02 M的苯胺单体浓度下,对苯二胺和邻苯二胺在纯过硫酸铵作为氧化剂时,所得到苯胺共聚物具有最高的比电容值和较好的倍率性能;而在0.05 M单体浓度下,间苯二胺所得苯胺共聚物具有较高的比电容值和良好的倍率性能。以邻苯二胺作为引发剂时,0.02 M单体浓度时,储能性能最好,循环500次之后比电容值仍可以达到260 F/g,具有较好的循环稳定性。