掺杂导电聚合物复合材料的制备及性能研究(4)

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1.4 碳基复合材料在电容器中的应用研究

PC虽然具有很多优异的性能，但若要用作超级电容器的电极材料，仍需进一步地增强其电化学性能，以满足使用要求。故而现阶段多将PC与具有大比电容的赝电容材料（如导电高分子等）进行复合，这样不仅能够借助PC优异的循环性能来弥补赝电容材料固有的缺陷，还能够借助于赝电容材料的大比电容弥补PC的短板，进而扩大两者的应用范围。

Lin等人[22]通过在纳米管中沉积PANI制得了具有一定柔性的产物。研究表明：该材料在1A·g-1时的比电容能够达到233F·g-1，相比于纯PANI和纳米管均有相当大的提高，表现出较为优良的循环性能。Cheng等人[23]通过电刻蚀发在碳纤维布上成功包覆上了一层PANI薄膜，并应用于超级电容器电极材料，经过电化学测量后，发现其比电容值能够达到673F·g-1，具有较好的电化学性能。Lee等人[24]通过电化学沉积法制得了具有多层结构的MnO2/石墨烯复合材料。该材料的比电容能够达到399.82F·g-1，并且在5000次循环后未出现较大的比容量损失，表明其具有较好的综合性能。

1.5 本论文的选题意义和研究内容

PANI作为一种导电高分子，由于其独特的掺杂/去掺杂机制、本征导电性、掺杂容易、原料易得和环境稳定性而备受关注，成为当今社会的研究热点之一[25-27]。但PANI存在加工性能差，充放电效率低及循环性能差等缺陷，限制了其实际应用。PC具有比表面积大、导电性好以及耐酸碱等特点，若将其与PANI进行复合，则制得的材料会同时具备高比电容和优良的循环性能，从而扩大二者在电容器方面的使用范围。

现阶段，用于实验研究的碳材料主要包括三种，分别为石墨烯、碳纳米管和活性炭。虽然它们都具有较为优异的性能，但自身也都存在一些缺陷，比如石墨烯的制备过程太过于复杂，碳纳米管生产成本高，活性炭难以长时间循环使用等，这些缺陷也限制了它们的进一步发展。

由前文所述不难看出，经过氮掺杂的碳材料不仅表面性质得到很大改善，还具有高比容、比表面积大等优点。因此本文以NPC为基体，制备NPC/PANI复合材料，并探讨了其最优制备方案。通过傅里叶红外光谱（FTIR）、X射线衍射（XRD）和电子扫描显微镜（SEM）对其在不同类型酸和表面活性剂参与下的结构进行了表征，同时对其进行了电化学测试，并分析讨论了其测试结果。