聚苯胺/表面修饰SnO2导电复合材料的制备及其性能研究

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随着电子设备的快速增多和科学技术的迅猛发展,导电复合材料已成为众多学者研究和探讨的领域之一。聚苯胺(PANI)作为一种特殊结构的导电聚合物,由于其电导率可控,易合成,良好的抗氧化性能。此外,PANI还能通过氧化还原过程而储存和释放电荷,因而使其在二次电池和超级电容器等电子设备方面具有广泛的潜在应用价值。为了进一步提高单一PANI材料的性能,本文以一种有效的方法制备PANI/表面修饰SnO2导电复合材料,其中采用对氨基苯甲酸表面修饰SnO2纳米颗粒以改善复合材料电化学性能的研究还尚未见报道。本文首次选取对氨基苯甲酸(AB)作为修饰剂,在乙醇体系中超声回流进行SnO2纳米颗粒表面处理,以得到表面修饰的纳米颗粒(SnO2-AB),然后以过硫酸铵(APS)为氧化剂,采用溶液聚合法制备PANI/表面修饰SnO2导电复合材料(PANI/AB-SnO2)。通过对PANI/AB-SnO2复合材料电化学性能(循环伏安曲线、电导率和交流阻抗曲线)的测试分析及产率的计算,探讨了AB修饰剂用量、反应温度、反应时间、HCl浓度、APS氧化剂用量及SnO2-AB用量对复合材料各项性能的影响。采用红外光谱(FT-IR)、X-射线衍射(XRD)、X-射线能量色散谱(EDS)和扫描电镜(SEM)等测试方法对表面修饰过的SnO2颗粒和复合材料的结构、组成及形貌进行表征。并在0.5mol/L H2SO4电解质中,通过恒流充放电测试探讨AB对复合材料电容性和循环稳定性的影响。研究结果表明:当m(AB)/m(SnO2)比值为2:5,反应温度为0℃,反应时间为8h,HCl浓度为1mol/L,n(APS)/n(An)比值为1:1,m(SnO2-AB)/m(An)比值为0.4:1时,PANI/AB-SnO2复合材料的循环伏安峰电流和电导率最大,交流阻抗的电荷转移电阻和电解质扩散电阻最小,且产率也达到最大,即表明在该条件下合成了电化学性能最佳的PANI/AB-SnO2复合材料。FT-IR和EDS谱图分析表明,SnO2颗粒表面得到修饰,并通过溶液法成功地合成PANI/AB-SnO2复合材料。XRD和SEM表明,AB能改变SnO2颗粒的分散性,抑制PANI的结晶和一维生长趋势,且AB通过化学吸附增强了PANI与SnO2间相互作用力,使两者间能紧密结合。电化学性能测试表明,电解质在PANI/AB-SnO2复合材料中的扩散系数是同等条件下合成的PANI/SnO2的2倍,在5m·Acm-2电流密度下,PANI/AB-SnO2的比电容能达到259.5F·g-1,比PANI/SnO2(175.5F·g-1)高出47.8%,且在不同电流密度下充放电的比电容保留率及在同一电流密度下循环充放电的比电容保留率都得到了提高。
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