1。2聚苯胺复合材料电化学性能研究

聚苯胺因其导电性热稳定性好、多样化的分子结构、可逆性掺杂等特性，在许多方面具有广泛的应用前景，如在防腐蚀涂料、可循环电池的电极材料等的领域。人们已知PANI加热时直至分解仍不熔融，且其结构较复杂，合成方法、反应条件及后处理不同时，所得产物的结构差别就会很大。近些年PANI合成方法、掺杂机理和性能改善等方面都已取得长足进步，人们通过尝试新的合成方法和改性手段，使PANI及其衍生物的功能变得多样化，导电性能的研究也在不断深入。PANI复合材料是备受关注的可掺杂导电高分子材料，其结晶度和分子取向度都比较低。掺杂是当前增大导电高分子材料导电性的常用的手段，包括化学掺杂、电化学掺杂，指在共轭结构聚合物中发生了带电粒子的移动或氧化还原反应。本文的课题是通过聚苯胺复合材料制备与合成，从而研究其电化学性能。

在PANI的导电性基础之上，其复合材料在部分领域可取代导电金属材料，就在作防静电涂层的导电聚苯胺与金属相比，前者质量轻、但在碱性环境中不耐用、力学特性差[5]。聚苯胺复合材料的电化学性能受很多因素的影响，比如物质合成结构。有文献显示将磁性纳米材料复合到聚苯胺中，可以有效改善聚苯胺的不溶不熔及无机纳米磁性材料成型加工困难的缺点，还可以将磁性纳米粒子的功能性与聚苯胺的特性融为一体，得到集两种材料优势的新型复合材料。插层聚合是指将单体插入层状无机物的片层之间，从而得到有机-无机杂化材料，许多无机化合物都有典型的片层构造，且层与层之间处于纳米级尺寸，理论上能够实现无机相和有机相在纳米程度上的掺杂。复合材料的分析手段可采用SEM，TEM，FTIR，TGA，XPS等，可将其表面形貌、结构等加以分析说明。经质子酸掺杂的PANI与碱反应，可变绝缘体，这种掺杂/反掺杂是可逆的[6]。有文献显示在石墨烯薄膜与聚苯胺掺杂，所得材料的比电容量将得到很大程度的提升，石墨烯量有所增加时，复合材料的比电容量也会随之增大。

1。3 碳基复合材料电化学性能研究

碳材料在超级电容器电极材料方面的开发日趋成熟，因其有着较高的质量比电容和循环寿命高的特点。经由氮掺杂的碳材料能够改善合成材料外层表面的化学性质，并生成一些的官能团，从而提高材料的应用范围。人们在引入杂原子对碳材料进行改性研究过程中，发现氮原子与碳原子半径相近，较易取代其中的碳原子，氮掺杂因而成为研究重点[7]。人们了解的氮掺杂的优势主要体现在几个方面：①是含氮官能团的生成可引进一定的赝电容；②极性官能团可改善碳材料表面性能，减少离子的扩散阻力，增大电极材料比表面的利用率和质量比电容；③碳骨架上存在的N可供孤对电子，增大材料的电化学性能。氮掺杂多孔碳中N的存在方式如图1。3所示[8,9]。Chen等[10]人用三聚氰胺作氮源、酚醛树脂作碳源，考察氮掺杂对碳材料的结构和孔隙度的影响，结果显示：酚醛树脂碳材料经氮掺杂之后，检测到N量已经达到12。64wt%；于1M硫酸电解液中、电流密度为0。1Ag-1时，制备的复合材料的质量比电容为226Fg-1，出现远远超出未经氮掺杂材料（127Fg-1）的情况；测试时，设定电流密度增大至20Ag-1，该材料的质量比电容是124Fg-1，且在10000次循环后，并没有出现损失，表现出了极其良好的电化学性能。文献综述

图1。3氮掺杂多孔碳中氮原子存在的形式

本课题中讨论的碳基复合材料的应用研究主要是着重于复合以提高整体的电化学性能，从而扩大材料的应用领域。目前的许多科研集中于活性碳与其它材料的掺杂复合，来实现复合材料做超级电容器电极材料的更为令人满意的效果。Cheng等[11]人采用具备高比面积、良好的化学导电性和稳定性的3-D微观特征的碳纤维布材料作为基本原料，试验中利用电刻蚀和聚苯胺包裹的手段，成功做出碳纤维布和聚苯胺纳米线超级电容器，材料的质量比电容经测试可达673Fg-1和3。5Fcm-2。