導(dǎo)電聚合物/纖維素納米晶復(fù)合材料的制備與性能
發(fā)布時間：2021-12-12 09:24
聚苯胺和聚吡咯因易于合成、成本低廉，環(huán)境穩(wěn)定性好，特別是具有較高的導(dǎo)電性和獨(dú)特的電化學(xué)特性受到了研究人員的廣泛關(guān)注。聚苯胺與聚吡咯納米結(jié)構(gòu)化，使其具有高度有序結(jié)構(gòu)、大比表面積等優(yōu)點(diǎn)，能夠極大地改善其電學(xué)與電化學(xué)性能。但這兩種導(dǎo)電聚合物的較差熱穩(wěn)定性與機(jī)械性能，加上難以加工性，易團(tuán)聚成較大尺寸的顆粒都限制了它們的應(yīng)用。本論文擬采用纖維素納米晶為模板，通過簡便的原位化學(xué)氧化聚合法來制備導(dǎo)電聚合物與纖維素納米晶的復(fù)合材料。在保證導(dǎo)電聚合物包覆層較大的比表面積的同時，利用纖維素納米晶較高的力學(xué)性能與熱穩(wěn)定性來改善導(dǎo)電聚合物的缺陷。我們分別制備出聚苯胺/纖維素納米晶、聚吡咯/纖維素納米晶和苯胺吡咯共聚物/纖維素納米晶三種納米復(fù)合材料，并著重地探討了其作為超級電容器電極材料的應(yīng)用潛力。主要研究結(jié)論如下：（1）聚苯胺/纖維素納米晶復(fù)合材料：以秸稈纖維為原料，采用鹽酸水熱法在4.0M的鹽酸溶液中110℃下處理2h，制備棒狀纖維素納米晶。掃描電鏡觀測表明纖維素納米晶的長度約為250350nm，直徑介于2530nm。以纖維素納米晶為模板，通過原位化學(xué)氧化聚合法制...
【文章來源】：東華大學(xué)上海市 211工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：81 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
圖1-1.雙電層電容器(a)和法拉第贗電容器(b)工作原理示意圖
2.1 聚苯胺聚苯胺(PANi)合成簡單、成本低廉、具有獨(dú)特的摻雜/脫摻雜化學(xué)性質(zhì)、性好且環(huán)境穩(wěn)定性良好，因而被認(rèn)為是最具有實(shí)際應(yīng)用前景的導(dǎo)電聚合物[苯胺的導(dǎo)電特性取決于氧化程度和質(zhì)子化程度。不同氧化態(tài)的聚苯胺對應(yīng)著的分子結(jié)構(gòu)形式，結(jié)構(gòu)如圖 1-2 所示。其中翠綠亞胺鹽態(tài) (emeraldine salt)導(dǎo) 狀 粉 末 的 電 導(dǎo) 率 在 1-10 S cm-1[15]。 藍(lán) 色 的 本 征 態(tài) (emeraldse)[(—B—N—Q—N—)n( —B—NH—)2n]和白色的還原態(tài) (leucoemeraldse)[ ( —B—NH—)n]以及紫色的氧化態(tài) (perniganiline base)[(—B—N=Q=N—不導(dǎo)電。聚苯胺氧化程度可以通過不同的合成條件進(jìn)行控制。當(dāng)氧化程度一，隨著摻雜程度的提高，聚苯胺導(dǎo)電性越來越好，在翠綠亞胺鹽態(tài)時則達(dá)到。
2000 次循環(huán)后，比電容值仍保留 95%。Jamadade 等[17]研究了不同苯胺的電化學(xué)性能，循環(huán)伏安測試表明，在翠綠亞胺鹽狀態(tài)時最高了 258 F/g。Yang 等[18]采用三苯胺做為交聯(lián)劑得到了交聯(lián)聚苯胺，導(dǎo)率比直鏈型聚苯胺高 25%，最高可達(dá) 33.2 S cm-1。聚吡咯吡咯是另一種具有代表性的導(dǎo)電聚合物材料。其制備簡便、空氣穩(wěn)定活性高，因而也成為超級電容器電極材料的研究熱點(diǎn)。聚吡咯的化1-3 所示。聚吡咯為結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電聚合物，其導(dǎo)電機(jī)理屬于電子導(dǎo)電。，聚吡咯在電化學(xué)反應(yīng)過程中進(jìn)行的是對離子(陰離子)的摻雜/脫用不同摻雜劑摻雜可以得到不同電導(dǎo)率的聚吡咯。例如甲苯磺酸鹽導(dǎo)電率達(dá)到了 15 S cm-1，且具有較好的穩(wěn)定性[19]。而芳香族與兩雜的聚吡咯導(dǎo)電率更是達(dá)到了 120 S cm-1[20]。
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]聚吡咯纖維素納米晶復(fù)合導(dǎo)電材料的制備及其性能表征[J]. 謝雨辰,秦宗益,李俊. 紡織學(xué)報. 2013(10)
[2]以DNA為模板構(gòu)造苯胺-DNA復(fù)合物納米線和聚苯胺納米導(dǎo)線[J]. 楊濤,魏剛,牛利,李壯. 高等學(xué)�；瘜W(xué)學(xué)報. 2006(06)
[3]電化學(xué)超級電容器研究進(jìn)展[J]. 張娜,張寶宏. 電池. 2003(05)
[4]苯胺及吡咯的共聚合研究進(jìn)展[J]. 陳潤峰,李新貴,趙紅. 高分子材料科學(xué)與工程. 2003(03)
博士論文
[1]纖維素納米晶體及其復(fù)合物的制備與應(yīng)用研究[D]. 劉鶴.中國林業(yè)科學(xué)研究院 2011
本文編號：3536419
【文章來源】：東華大學(xué)上海市 211工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：81 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
圖1-1.雙電層電容器(a)和法拉第贗電容器(b)工作原理示意圖
2.1 聚苯胺聚苯胺(PANi)合成簡單、成本低廉、具有獨(dú)特的摻雜/脫摻雜化學(xué)性質(zhì)、性好且環(huán)境穩(wěn)定性良好，因而被認(rèn)為是最具有實(shí)際應(yīng)用前景的導(dǎo)電聚合物[苯胺的導(dǎo)電特性取決于氧化程度和質(zhì)子化程度。不同氧化態(tài)的聚苯胺對應(yīng)著的分子結(jié)構(gòu)形式，結(jié)構(gòu)如圖 1-2 所示。其中翠綠亞胺鹽態(tài) (emeraldine salt)導(dǎo) 狀 粉 末 的 電 導(dǎo) 率 在 1-10 S cm-1[15]。 藍(lán) 色 的 本 征 態(tài) (emeraldse)[(—B—N—Q—N—)n( —B—NH—)2n]和白色的還原態(tài) (leucoemeraldse)[ ( —B—NH—)n]以及紫色的氧化態(tài) (perniganiline base)[(—B—N=Q=N—不導(dǎo)電。聚苯胺氧化程度可以通過不同的合成條件進(jìn)行控制。當(dāng)氧化程度一，隨著摻雜程度的提高，聚苯胺導(dǎo)電性越來越好，在翠綠亞胺鹽態(tài)時則達(dá)到。
2000 次循環(huán)后，比電容值仍保留 95%。Jamadade 等[17]研究了不同苯胺的電化學(xué)性能，循環(huán)伏安測試表明，在翠綠亞胺鹽狀態(tài)時最高了 258 F/g。Yang 等[18]采用三苯胺做為交聯(lián)劑得到了交聯(lián)聚苯胺，導(dǎo)率比直鏈型聚苯胺高 25%，最高可達(dá) 33.2 S cm-1。聚吡咯吡咯是另一種具有代表性的導(dǎo)電聚合物材料。其制備簡便、空氣穩(wěn)定活性高，因而也成為超級電容器電極材料的研究熱點(diǎn)。聚吡咯的化1-3 所示。聚吡咯為結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電聚合物，其導(dǎo)電機(jī)理屬于電子導(dǎo)電。，聚吡咯在電化學(xué)反應(yīng)過程中進(jìn)行的是對離子(陰離子)的摻雜/脫用不同摻雜劑摻雜可以得到不同電導(dǎo)率的聚吡咯。例如甲苯磺酸鹽導(dǎo)電率達(dá)到了 15 S cm-1，且具有較好的穩(wěn)定性[19]。而芳香族與兩雜的聚吡咯導(dǎo)電率更是達(dá)到了 120 S cm-1[20]。
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]聚吡咯纖維素納米晶復(fù)合導(dǎo)電材料的制備及其性能表征[J]. 謝雨辰,秦宗益,李俊. 紡織學(xué)報. 2013(10)
[2]以DNA為模板構(gòu)造苯胺-DNA復(fù)合物納米線和聚苯胺納米導(dǎo)線[J]. 楊濤,魏剛,牛利,李壯. 高等學(xué)�；瘜W(xué)學(xué)報. 2006(06)
[3]電化學(xué)超級電容器研究進(jìn)展[J]. 張娜,張寶宏. 電池. 2003(05)
[4]苯胺及吡咯的共聚合研究進(jìn)展[J]. 陳潤峰,李新貴,趙紅. 高分子材料科學(xué)與工程. 2003(03)
博士論文
[1]纖維素納米晶體及其復(fù)合物的制備與應(yīng)用研究[D]. 劉鶴.中國林業(yè)科學(xué)研究院 2011
本文編號：3536419
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