基于聚吡咯纳米材料的电化学制备及其性能研究

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由于聚吡咯(PPy)具有较高的电导率、良好的环境稳定性以及易于合成等优点,具有很好的商业应用前景,受到人们的广泛关注。通过掺杂有机或无机化合物,导电聚吡咯的电子和光学性能可以得到改变,这样就可以得到性能优良的复合材料,由于有机-无机复合材料的特殊性能,这种材料在现代工业中起到越来越重要的作用。本课题基于聚吡咯薄膜和聚吡咯/氧化锌(PPy/ZnO)复合纳米材料的制备,研究了聚吡咯及其复合材料的性能及潜在应用。   首先以琥珀二辛酯磺酸钠(AOT)为电解质,利用电化学方法,基于镍片和碳布制备了不同聚合时间的聚吡咯薄膜,并对其进行了表征。结果表明聚吡咯呈颗粒状结构,基于碳布的聚吡咯表面较均匀平整。循环伏安测试(CV)和电化学阻抗谱测试(EIS)发现随着聚合时间的增加,聚吡咯的电化学性能增强,相对于基于镍片的聚吡咯,基于碳布的聚吡咯的氧化还原可逆性、电化学交换反应与电荷容纳能力较好,这可能与碳布的网状纤维结构有关。   以草酸和十二烷基苯磺酸为电解质,利用电化学方法,基于镍片、不锈钢网和碳布制备了不同质量比(10%~30%)的PPy/ZnO复合纳米材料,并对其进行了表征和分析。结果表明基于镍片的复合材料中,聚吡咯呈典型的菜花状结构,ZnO颗粒夹杂在聚吡咯颗粒中,随着质量比的增加,ZnO的含量逐渐增加。基于不锈钢网和碳布的复合材料中,聚吡咯呈不均匀的片状结构,ZnO颗粒夹杂在聚吡咯薄片之间,这可能与衬底的网状结构有关。CV和EIS测试发现随着质量比的增加,PPy/ZnO复合材料的电化学交换反应变强,容纳电荷的能力是增大的。基于碳布的PPy/ZnO复合材料具有较好的电荷容纳能力。基于镍片和不锈钢网的PPy/ZnO复合材料的氧化还原可逆性都比较差,电化学交换反应比较困难,而且容纳电荷的能力也较弱。   以高氯酸锂为电解质,利用电化学方法,基于镍片聚合了聚吡咯,对聚吡咯进行了不同扫描速率下的循环伏安曲线和电化学阻抗谱分析,结果发现合成聚吡咯的电化学容量较小。可以通过制备聚吡咯纳米线(管)或聚吡咯与碳纳米管的复合材料来提高聚吡咯的性能。  
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