聚吡咯納米陣列材料的制備、結構及其電化學性能研究.pdf

1、聚吡咯由于其良好的環境穩定性，易于合成，摻雜后導電性能高和生成條件可控制等優點受到廣泛關注。本論文通過微觀結構調控方法設計合成三類聚吡咯納米陣列材料，包括二氧化鈦和氮化鈦支撐的聚吡咯納米陣列材料、自支撐的聚吡咯納米管嵌納米孔陣列材料和碳量子點修飾聚吡咯納米陣列材料，并對聚吡咯納米陣列材料進行表征，進而研究其在柔性超級電容器電極材料應用方面的電化學性能。本論文的主要研究內容如下:
　　(1)二氧化鈦支撐的聚吡咯和氮化鈦支撐的聚吡咯納

2、米陣列材料的制備、結構及其電化學性能研究
　　采用電化學聚合方法，聚吡咯電沉積在二氧化鈦和氮化鈦納米管陣列中，得到二氧化鈦支撐的聚吡咯和氮化鈦支撐的聚吡咯納米陣列材料。掃描電鏡微結構表征結果顯示，二氧化鈦支撐的聚吡咯和氮化鈦支撐的聚吡咯納米陣列材料排列整齊、結構緊密、管壁厚度均勻。電化學阻抗測試結果顯示，相比較于二氧化鈦支撐的聚吡咯納米陣列材料，氮化鈦支撐的聚吡咯納米陣列材料具有更低的溶液電阻和電荷轉移電阻。恒電流充放電測試結果顯

3、示，二氧化鈦支撐的聚吡咯和氮化鈦支撐聚吡咯氮化鈦納米陣列在電流密度為0.6 A g-1時的比電容分別為382 F g-1和1265 F g-1。實驗結果說明基底材料由半導體二氧化鈦轉變為高電導性氮化鈦，可以有效提升聚吡咯納米陣列的電化學電容性能。
　　基于氮化鈦支撐的聚吡咯納米陣列電極材料與聚乙烯醇-高氯酸鋰（PVA-LiClO4）凝膠電解質設計組裝了一種全固態超級電容器。恒電流充放電測試結果顯示，氮化鈦支撐的聚吡咯納米陣列超級電

4、容器在電流密度為0.25 A g-1時的比電容為261 F·g1。實驗結果說明氮化鈦支撐的聚吡咯納米陣列材料具有優異的電導率和電子傳輸能力，在凝膠電解質中依然表現良好的電化學儲電性能。
　　(2)自支撐的聚吡咯納米管嵌納米孔陣列材料的制各、結構及其電化學性能研究
　　以二氧化鈦支撐的聚吡咯納米陣列材料作為前驅體，利用化學溶解腐蝕方法去除二氧化鈦模板制備得到自支撐的聚吡咯納米管嵌納米孔陣列材料。掃描電鏡微結構表征結果顯示，聚吡

5、咯納米管嵌入規整有序的聚吡咯納米孔中形成同軸結構。恒電流充放電測試結果顯示，自支撐的聚吡咯納米管嵌納米孔陣列材料的比電容為88.6 F·g-1。實驗結果說明自支撐的聚吡咯納米管嵌納米孔陣列材料具有一定的電容量和較好的機械柔韌性，可以作為柔性超級電容器電極材料。
　　基于自支撐的聚吡咯納米管嵌納米孔陣列電極材料與聚乙烯醇-硫酸(PVA-H2SO4)凝膠電解質組裝了一種全固態柔性超級電容器。電化學循環伏安測試結果顯示，自支撐的聚吡咯納

6、米管嵌納米孔陣列柔性超級電容器在彎曲狀態和平面狀態時的比電容損失率為2.5％。實驗結果說明自支撐的聚吡咯納米管嵌納米孔陣列柔性超級電容器具有一定的電化學儲電性能并且在彎曲狀態下可以應用。
　　(3)碳量子點修飾聚吡咯納米陣列材料的制備、結構及其電化學性能研究
　　采用電化學聚合方法，碳量子點修飾聚吡咯電化學共沉積在二氧化鈦納米管陣列中，得到二氧化鈦支撐的碳量子點修飾聚吡咯納米陣列材料。掃描電鏡微結構表征結果顯示，二氧化鈦支撐

7、的碳量子點修飾聚吡咯納米陣列材料高度有序、定向生長。恒電流充放電測試結果顯示，二氧化鈦支撐的碳量子點修飾聚吡咯納米陣列材料在電流密度為0.5 Ag-1時的比電容為849 F·g-1。實驗結果說明碳量子點的存在，不僅提高了聚吡咯納米陣列材料的電導率，從而使其表現更好的電化學電容行為，同時加固了聚吡咯的機械強度，避免了聚吡咯在長期循環中的主鏈破壞，延長了其電化學循環壽命。
　　采用化學溶解腐蝕方法去除二氧化鈦基底制備得到自支撐的碳量子

8、點修飾聚吡咯納米陣列材料，基于自支撐的碳量子點修飾聚吡咯納米陣列電極材料與PVA-H2SO4凝膠電解質組裝成全固態柔性超級電容器。電化學循環伏安測試結果顯示，在彎曲狀態和平面狀態時的比電容分別為6.09 F g-1和5.9 Fg-1。自支撐的碳量子點修飾聚吡咯納米陣列柔性超級電容器的電容量高于自支撐的聚吡咯納米管嵌納米孔陣列柔性超級電容器。實驗結果說明碳量子點的修飾改善了聚吡咯納米陣列材料的電導率，提高了其作為柔性超級電容器電極材料的電