【摘要】：聚吡咯由于其良好的環(huán)境穩(wěn)定性,易于合成,摻雜后導(dǎo)電性能高和生成條件可控制等優(yōu)點受到廣泛關(guān)注。本論文通過微觀結(jié)構(gòu)調(diào)控方法設(shè)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(yīng)用方面的電化學(xué)性能。本論文的主要研究內(nèi)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米陣列材料的制備、結(jié)構(gòu)及其電化學(xué)性能研究采用電化學(xué)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(jié)構(gòu)表征結(jié)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(jié)構(gòu)緊密、管壁厚度均勻。電化學(xué)阻抗測試結(jié)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(zhuǎn)移電阻。恒電流充放電測試結(jié)果顯示,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 Ag-1時的比電容分別為382 Fg-1和1265 F g-1。實驗結(jié)果說明基底材料由半導(dǎo)體二氧化鈦轉(zhuǎn)變?yōu)楦唠妼?dǎo)性氮化鈦,可以有效提升聚吡咯納米陣列的電化學(xué)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(zhì)設(shè)計組裝了一種全固態(tài)超級電容器。恒電流充放電測試結(jié)果顯示,氮化鈦支撐的聚吡咯納米陣列超級電容器在電流密度為0.25 Ag-1時的比電容為261 F·g-1。實驗結(jié)果說明氮化鈦支撐的聚吡咯納米陣列材料具有優(yōu)異的電導(dǎo)率和電子傳輸能力,在凝膠電解質(zhì)中依然表現(xiàn)良好的電化學(xué)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備、結(jié)構(gòu)及其電化學(xué)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(qū)體,利用化學(xué)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(jié)構(gòu)表征結(jié)果顯示,聚吡咯納米管嵌入規(guī)整有序的聚吡咯納米孔中形成同軸結(jié)構(gòu)。恒電流充放電測試結(jié)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88.6F·g-1。實驗結(jié)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(zhì)組裝了一種全固態(tài)柔性超級電容器。電化學(xué)循環(huán)伏安測試結(jié)果顯示,自支撐的聚吡咯納米管嵌納米孔陣列柔性超級電容器在彎曲狀態(tài)和平面狀態(tài)時的比電容損失率為2.5%。實驗結(jié)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(xué)儲電性能并且在彎曲狀態(tài)下可以應(yīng)用。(3)碳量子點修飾聚吡咯納米陣列材料的制備、結(jié)構(gòu)及其電化學(xué)性能研究采用電化學(xué)聚合方法,碳量子點修飾聚吡咯電化學(xué)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(jié)構(gòu)表征結(jié)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高度有序、定向生長。恒電流充放電測試結(jié)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(jié)果說明碳量子點的存在,不僅提高了聚毗咯納米陣列材料的電導(dǎo)率,從而使其表現(xiàn)更好的電化學(xué)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(huán)中的主鏈破壞,延長了其電化學(xué)循環(huán)壽命。采用化學(xué)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(zhì)組裝成全固態(tài)柔性超級電容器。電化學(xué)循環(huán)伏安測試結(jié)果顯示,在彎曲狀態(tài)和平面狀態(tài)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(jié)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(dǎo)率,提高了其作為柔性超級電容器電極材料的電化學(xué)電容性能。
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【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TB383.1
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本文編號：2475229