【摘 要】
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作为储能方面的热点,超级电容器出现在人们的视野中。超级电容器中最重要的就是电极材料,理想的电极材料需要具有大的比表面积、优异的导电性、丰富的孔径分布及稳定的结构体系。碳材料是最早被应用于双电层超级电容器电极材料。由于碳材料本身独特的晶体结构、良好的电学、力学以及机械性能,还具备大的比表面积,使得其成为理想电极材料的首选目标。在此研究背景下,我们选用多壁碳纳米管、碳量子点和聚苯胺作为本实验所用材料,
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作为储能方面的热点,超级电容器出现在人们的视野中。超级电容器中最重要的就是电极材料,理想的电极材料需要具有大的比表面积、优异的导电性、丰富的孔径分布及稳定的结构体系。碳材料是最早被应用于双电层超级电容器电极材料。由于碳材料本身独特的晶体结构、良好的电学、力学以及机械性能,还具备大的比表面积,使得其成为理想电极材料的首选目标。在此研究背景下,我们选用多壁碳纳米管、碳量子点和聚苯胺作为本实验所用材料,探究它们之间的复合对表面结构和电化学性能的影响。本课题研究内容如下:1.以丙三醇为碳源,在功率560 W下采用微波法制备碳量子点反应液。微波制备的碳量子点具有良好的荧光性和水溶性,较大的比表面积,表面附着大量的含氢氧官能团。2.对碳纳米管进行纯化。按照比例将多壁碳纳米管与浓硝酸混合,在110℃下冷凝回流并伴随着磁力搅拌,最终得到功能化多壁碳纳米管(FMWCNTs)。3.以聚苯胺为基底,制备PANI/CQDs和PANI/FMWCNTs复合材料。在聚苯胺体系中加入碳量子点反应液或FMWCNTs,采用原位聚合法制备PANI/CQDs和PANI/FMWCNTs。制得的复合材料提高了聚苯胺的大分子结构稳定性,改善其堆积问题,增加了比电容,减缓了其容量衰减。比电容分别达到了319 F/g和362F/g,较纯聚苯胺电极(279 F/g)分别提高了14.3%和30%,经过1000次恒电流充放电循环后比电容保持率分别为72%和60%。将碳量子点反应液与FMWCNTs混合并超声均匀,采用水热法制备FMWCNTs/CQDs。4.基于上述制备的FMWCNTs/CQDs,我们采用原位聚合法制备得到新型碳基纳米复合材料FMWCNTs/CQDs/PANI。相比较单一碳纳米材料和二元碳纳米复合材料,制备的新型碳纳米复合材料在分子表面结构稳定性和电化学方面性能都得到了巨大的提升;比电容高达534 F/g,与PANI/FMWCNTs、PANI/CQDs和纯PANI相比,FMWCNTs/CQDs/PANI的比电容分别提高了47.5%、67.4%和91.4%,而且经过1000次恒流充放电循环后其比电容保持率达了86%。图[50]表[12]参[111]
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