聚苯胺/二氧化锰复合材料的控制生长及其电容性能研究

论文摘要

本文以Au丝为基底,利用4-氨基苯硫酚（4-ATP）处理Au丝,以高锰酸钾为氧化剂,实现了聚苯胺（PANI）和二氧化锰（MnO2）的化学氧化复合,得到了聚苯胺/二氧化锰复合材料。利用扫描电镜（SEM）观察了复合材料的形貌,分析了复合材料的组成,利用红外光谱（FT-IR）研究了复合材料的振动吸收,利用X射线衍射（XRD）研究了复合材料的组成及形态,并利用循环伏安和恒电流充放电研究了复合材料的电容性能。SEM结果表明,复合材料以纳米颗粒形式存在,粒径约为200nm,并有呈棒状的趋势。复合材料的FT-IR谱图中出现聚苯胺和二氧化锰的特征吸收。XRD分析结果表明,复合材料中聚苯胺以无定型结构存在,且MnO2结晶性较差也以无定型结构存在。电化学测试结果表明,复合材料在1mol/L Na2SO4溶液中电容性能良好,单电极比电容可达341F/g。采用单因素实验法,考察了苯胺浓度、溶液pH值、4-ATP浓度、苯胺与盐酸的配比、苯胺与高锰酸钾的配比以及反应时间对复合材料电容性能的影响。结果表明,在苯胺浓度为0.15M,pH值为4,苯胺：盐酸为1：1,苯胺：高锰酸钾量为1：1,4-ATP浓度为1mM,以及反应时间为10h的条件下制备的PANI/MnO2复合材料,电容性能良好,单电极比电容可达324F/g。选用L18（36）正交表进行正交设计实验,根据正交设计实验方差分析结果,确定各因素对复合材料电容性能的影响程度。并确定了三个优化方案,分别进行三次平行实验,得出最优方案下的复合材料电容性能良好,比电容可达341F/g。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 前言
• 1.1 超级电容器简介
• 1.1.1 超级电容器储能机理
• 1.1.2 超级电容器特点及应用
• 1.1.3 超级电容器的电极材料
• 1.2 聚苯胺电极材料
• 1.2.1 质子酸掺杂PANI电极材料
• 1.2.2 锂盐掺杂PANI电极材料
• 1.2.3 PANI复合电极材料
• 1.3 金属氧化物电极材料
• 2制备方法'>1.3.1 纳米MnO₂制备方法
• 2研究进展'>1.3.2 纳米MnO₂研究进展
• 1.4 聚苯胺/金属氧化物复合电极材料
• 1.4.1 聚苯胺/金属氧化物复合材料的制备
• 2复合材料的制备及发展'>1.4.2 PANI/MnO₂复合材料的制备及发展
• 1.5 本论文工作
• 第2章 实验部分
• 2.1 实验体系
• 2.2 实验仪器
• 2.3 实验试剂
• 2.4 实验步骤
• 2.4.1 Au线电极的预处理
• 2复合材料的制备'>2.4.2 PANI/MnO₂复合材料的制备
• 2.4.3 电化学测试
• 2.4.4 理化表征
• 第3章 结果与讨论
• 3.1 单因素实验
• 2电容性能的影响'>3.1.1 苯胺浓度对PANI/MnO₂电容性能的影响
• 2电容性能的影响'>3.1.2 PH值对PANI/MNO₂电容性能的影响
• 2电容性能的影响'>3.1.3 苯胺与盐酸的配比对PANI/MnO₂电容性能的影响
• 2电容性能的影响'>3.1.4 苯胺与高锰酸钾的配比对PANI/MnO₂电容性能的影响
• 2电容性能的影响'>3.1.5 4-ATP浓度对PANI/MnO₂电容性能的影响
• 2电容性能的影响'>3.1.6 反应时间对PANI/MnO₂电容性能的影响
• 2复合材料电容性能及形貌'>3.1.7 选定条件下PANI/MnO₂复合材料电容性能及形貌
• 3.1.7.1 循环伏安法研究电容性能
• 3.1.7.2 恒电流充放电法研究电容性能
• 3.1.7.3 电化学可逆性检测分析
• 3.1.7.4 SEM分析
• 3.2 正交实验
• 3.2.1 正交水平的选择
• 3.2.2 正交实验电容性能研究
• 3.2.2.1 循环伏安法研究电容性能
• 3.2.2.2 恒电流充放电法研究电容性能
• 3.2.3 正交实验结果方差分析
• 3.2.4 优化方案下复合材料的性能
• 3.2.4.1 优化方案下电容性能研究
• 3.2.4.2 最优方案下SEM分析
• 3.2.4.3 最优方案下IR分析
• 3.2.4.4 最优方案下XRD分析
• 第4章 结论
• 致谢
• 参考文献