分子水平均匀的聚苯胺/石墨烯自组装复合超级电容器电极材料

聚苯胺/石墨烯复合电极材料具有低成本、高容量以及优异的倍率性能等一系列优点,近年来已成为当下最热门的电极材料之一,在超级电容器方面得到了广泛的研究和应用。近日,厦门大学材料学院白华点击查看介绍)团队在聚苯胺/还原氧化石墨烯电极材料的研究方面取得新进展,通过一种简便可控的自组装方法首次制备了分子水平均一的PANI/RGO复合凝胶(PGG)。该方法大幅度提高了聚苯胺/还原氧化石墨烯电极材料的比电容和倍率性能。聚苯胺具有赝电容高(可高达800 F/g,而还原氧化石墨烯只有230 F/g左右)、稳定性好和掺杂/去掺杂反应可逆等优点,而还原氧化石墨烯则能提供高导电和大比表面积。聚苯胺与还原氧化石墨烯的复合能将两种材料的优势进行互补,产生协同作用。而传统的聚苯胺/还原氧化石墨烯(PANI/RGO)电极材料的制备通常聚焦于苯胺在还原氧化石墨烯(RGO)中的原位聚合。尽管人们已经通过原位聚合和其他方法制备了许多高性能的PANI/RGO复合电极材料,但这些方法的不足之处在于难以精确控制PANI组分的形貌和分布来优化材料的电子转移和电解质的扩散。溶液中的自组装作为精确控制复合材料组成的有效方法却在制备PANI电极的报道中很少出现。该工作报道了一种简便可控的制备分子水平均一的PANI/RGO复合凝胶(PGG)的方法,这种方法包括两个连续的自组装过程,即聚苯胺在水/N-甲基-2-吡咯烷酮混合溶剂中氧化石墨烯片上的二维组装以及所得到的聚苯胺/氧化石墨烯复合物的三维还原-组装。制备的聚苯胺/还原氧化石墨烯复合凝胶具有由还原的氧化石墨烯片组成的三维多孔网状结构,其表面均匀负载了聚苯胺分子,且含量可控。当聚苯胺含量高达80wt%时,在复合材料中仍然可以基本保持单分子水平的分布。基于这种有利的微观结构,复合材料在53.33A•g-1的电流密度下表现出808 F•g-1的高比电容量以及出色的倍率性能。这种三维多孔网状结构有助于电解质的扩散和电子在复合材料中的传输,因此实现了高比电容和优异的倍率性能。这些结果表明,自组装是用于制备RGO复合电极材料有前途的方法。此外,他们还证实GO是一种有效的二维表面活性剂,可与其他分子形成复合物,并使其进入复杂的自组装过程。该方法还可以指导人们设计具有各种组成、结构和其他功能的基于RGO的复合材料。

来源:www.x-mol.com

 

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