PMo-PDDA-GOx复合材料的制备、表征及电化学性能研究

来源 :南京工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jiangshuang_1975
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超级电容器因其具有功率密度高、充电时间短、工作温度范围广的优点而备受人们重视,在能量存储等领域得到广泛的应用。正极是超级电容器中的一个重要组成部分。石墨烯作为一种优良的二维平面材料,逐渐被人们认知和研究。氧化石墨烯(GO)作为的石墨烯中的一类重要的衍生物,因其独特的结构,同样也被人们广泛的研究。本文通过调整氧化石墨烯的氧化度,制备合成了PMo-PDDA-GOx复合材料。通过X射线衍射(XRD),傅立叶红外光谱(FTIR),热衷分析(TGA)等分析手段对PMo-PDDA-GOx复合材料的结构进行了分析。同时,将复合材料制备成超级电容器的正极,对其进行了一系列电化学分析测试,如循环伏安法(CV),恒电流充放电(GCD),交流阻抗(EIS)。论文的主要工作体现在以下几个方面:  (1)通过调整制备氧化石墨烯的过程中氧化度的量,制备得到了不同氧化度的氧化石墨烯(GOx,x=1~5)。通过X射线衍射,傅立叶红外光谱,热重分析,扫描电镜,原子力显微镜等表征手段对GOx进行分析。实验结果表明,随着反应过程中氧化剂量的增加,氧化石墨烯片层上的含氧官能团也逐渐增多,含氧官能团的存在会扩大氧化石墨烯的层间距,同时破坏了石墨层的sp2杂化,抑制了自由电子在氧化石墨烯片层内和层间的传递。  (2)用GOx(x=1~5)采用两步法制备得到前驱体PDDA-GOx(x=1~5)及PMo-PDDA-GOx(GOx,x=1~5)复合材料。通过X射线衍射、电导率等手段对制备的材料进行物相表征,实验结果表明,随着氧化石墨烯氧化度的增加,聚二烯丙基二甲基氯化铵(PDDA)会逐渐插层进入氧化石墨烯的片层。PDDA的插层过程会使氧化右墨烯的层间距增大,抑制了电子的传递。PDDA作为一种聚氧离子电解质,通过静电相互作用将磷钼酸离子固定在氧化石墨烯的表面。通过多种测试及分析,总结了复合材料PMo-PDDA-GOx(x=1~5)的合成机制。  (3)采用循环伏安法、恒电流充放电和交流阻抗等手段对PMo-PDDA-GOx(x=1~4)复合材料的电化学性能进行测试。实验结果表明,随着氧化石墨烯氧化度的增加,氧化石墨烯片层上的含氧官能团逐渐增多,复合材料中的磷钼酸离子越多,电极材料的电导率则快速下降,在这几种因素的共同作用下,PMo-PDDA-GO2展现了更为突出的电化学性能。  (4) PDDA在PMo-PDDA-GO复合材料中充当“桥梁”作用,提高了复合材料的电化学活性和循环稳定性。通过对比实验,证实了PDDA将大量磷钼酸离子固定在氧化石墨烯的片层上,使其电化学性能大幅度提高。经过长时间充放电后,经PDDA处理的复合材料的电化学稳定性
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