三維多孔PANI/RGO復(fù)合凝膠（PGG）聚苯胺石墨烯材料

在各種用于電化學(xué)超級(jí)電容器的電極材料中，由于聚苯胺（PANI）成本低，環(huán)境穩(wěn)定性好，摻雜/去摻雜的動(dòng)力學(xué)過(guò)程快且可逆，因而引起了人們的廣泛關(guān)注。聚苯胺的獨(dú)特?fù)诫s機(jī)理帶來(lái)了高的電荷密度， 因此PANI具有較高的比電容。制備基于PANI的電極材料的傳統(tǒng)方法通常涉及苯胺在集流體或其他基底如還原氧化石墨烯（RGO）上的原位聚合。盡管已經(jīng)通過(guò)原位聚合和相關(guān)方法制備了許多高性能的基于PANI的電極材料，但這些方法存在明顯不足之處。

主要原因之一是在原位聚合中，難以**控制PANI組分的形貌和分布。溶液中的自組裝是**控制復(fù)合材料組成的**方法。PANI在多種有機(jī)溶劑中具有良好的溶解性，但溶液法制備PANI電極的報(bào)道很少，這可能是因?yàn)槿芤悍�難以獲得PANI納米結(jié)構(gòu)，而這些納米結(jié)構(gòu)通常對(duì)器件的性能至關(guān)重要。

一種簡(jiǎn)便可控的制備分子水平均一的PANI/RGO復(fù)合凝膠（PGG）的方法，該方法包括兩個(gè)連續(xù)的自組裝過(guò)程，即聚苯胺在水/ N-甲基-2-吡咯烷酮混合溶劑中氧化石墨烯片上的二維組裝，以及所得到的聚苯胺/氧化石墨烯復(fù)合物的三維還原-組裝。所制備的聚苯胺/還原氧化石墨烯復(fù)合凝膠具有由還原的氧化石墨烯片組成的三維多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其上均勻負(fù)載了聚苯胺分子，且含量可控。當(dāng)聚苯胺含量高達(dá)80wt%時(shí)，在復(fù)合材料中仍然可以基本保持單分子水平的分布。由于這種有利的微觀結(jié)構(gòu)，復(fù)合材料在53.33Ag-1的電流密度下顯示出808Fg-1的高比電容量，以及出色的倍率性能。

圖文導(dǎo)讀

圖一 基于自組裝方法制備的PGG溶液示意圖

圖二 PGG的照片和SEM圖像

（A）PANI @ GO溶液和PGG-4的照片

（B-E）具有不同PANI含量PGG的SEM圖像（B）58.3％（PGG-1），（C）71.8％（PGG-2），（D）81.3％（PGG-4）和（E）91.0％（PGG-6）比例尺5μm

圖三 PANI @ GO和PANI @ RGO納米片的形態(tài)

（A）PANI @ GO片材的AFM圖像

（B）（C）PANI @ GO片材的TEM圖像

（D）（E）PANI @ RGO片材的TEM圖像

圖四 PGG的電容性能

（A）PGG在5mV s-1，10mV s -1，25mV s -1和50mV s -1的掃描速率下的CV曲線

（B）PGG-4在不同電流密度下的GCD曲線

（C）PGG-4不在同電流密度的電容

（D）PGG-4奈奎斯特圖

（E）對(duì)比PGG-4和其他PANI/RGO復(fù)合材料在文獻(xiàn)中的比電容

（F）PGG的比電容（約40A g-1）與PGG中的PANI含量

圖五 PGG的性能優(yōu)化圖

A）在RGO基底上原位聚合苯胺時(shí)部分封閉的通道形成的示意圖

（B）在自組裝過(guò)程中形成未封閉通道的示意圖

（C）（D）在水/ DMSO混合溶劑中合成的PGG的SEM圖像

（E）在具有不同PANI進(jìn)料比率的水/DMSO混合溶劑中合成的PGG的比電容

本文設(shè)計(jì)了一種新穎的自組裝方法制備三維多孔PANI/RGO復(fù)合材料，用作高性能超級(jí)電容器的電極材料。 自組裝方法包括兩個(gè)連續(xù)的自組裝過(guò)程，獲得了由RGO骨架和分子水平均勻負(fù)載的PANI組成的三維多孔復(fù)合材料。這種有利的微結(jié)構(gòu)有助于電解質(zhì)的擴(kuò)散和電子在復(fù)合材料中的傳輸，因此實(shí)現(xiàn)了高比電容和**的倍率性能。 這些結(jié)果表明，自組裝是用于制備RGO復(fù)合電極材料的有前途的方法。此外，還證實(shí)GO是一種**的二維表面活性劑，可與其他分子形成復(fù)合物，并使它們進(jìn)入復(fù)雜的自組裝過(guò)程。該方法還可以指導(dǎo)我們?cè)O(shè)計(jì)具有各種組成，結(jié)構(gòu)和其他功能的基于RGO的復(fù)合材料。

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小編：wyf 07.12