氧化石墨烯/锰氧化物/PANI三元复合电极材料的制备及性能研究

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碳材料、锰氧化物以及聚苯胺(PANI)是三种常用的超级电容器电极材料。本文采用软化学方法将氧化石墨烯(GO)、锰氧化物以及PANI复合形成三元复合材料,采用后续的绿色还原,获得还原GO(RGO)与锰氧化物以及PANI的三元复合材料(RGOM)。采用傅里叶转换红外光谱仪(FT-IR)、能谱定量分析仪(EDS)、X射线衍射分析仪(XRD)、拉曼光谱分析仪(Raman)、透射电镜(TEM)分析复合材料的微观结构与形貌,利用电化学工作站及蓝电测试系统测试复合材料的电化学性能,得出以下结论:(1)分别以高锰酸钾为氧化剂,苯胺为还原剂,采用一步法常温下制备GO/MnO2/PANI(GOM)三元复合电极材料。这种三元复合材料的微观结构呈片层状。这种三元复合电极材料具有良好的电化学性能,其比电容最高可达到323.8F.g-1,在充放电600圈以后材料的比电容保持率为76%。(2)在90℃的水热和常压条件下,分别用4M和8M的NaOH处理GOM,获得了三种RGOM三元复合电极材料。三种还原后的RGOM复合材料中的锰氧化物均在不同程度上表现出一维纳米纤维状结构,而反应条件越苛刻(如水热法或高浓度碱处理)越有利于这种纤维状结构的形成。在90℃条件下,还原后的复合材料最大比电容可达到333.8F.g-l,在循环850圈后比电容保持率为73%。(3)在120℃水热条件下,4M NaOH处理得到了表面光滑的纳米纤维结构的RGOM4复合材料。而用8M NaOH处理获得的RGOM5则呈表面粗糙的“刀鞘式”纳米纤维结构。这种特殊的纳米纤维结构使得RGOM5复合材料表现出优越的电化学性能,其比电容可以达到343.8F.g-1,且充放电循环800圈后的比电容保持率仍为100%,说明稳定性很好。RGOM5是一种良好的超级电容器电极材料。
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