氢键诱导的聚吡咯/苯磺酸功能化多壁碳纳米管的制备及其电化学行为

采用原位芳基重氮化反应对碳纳米管进行苯磺酸功能化, 进而制备了聚吡咯/苯磺酸化碳纳米管复合材料(PPy/f-MWCNTs), 通过透射电镜(TEM)及扫描电镜(SEM)测试发现, 氢键诱导使聚吡咯成功地包覆在碳纳米管表面. 循环伏安和恒流充放电测试结果表明, 复合材料具有良好的电化学电容性能, 当聚吡咯与苯磺酸化碳纳米管质量比为1:1时, 复合材料在1.0 A·g-1的电流密度下的比容量达266 F·g-1, 而且聚吡咯利用率比未功能化聚吡咯/碳纳米管(PPy/p-MWCNTs)和纯聚吡咯(PPy)提高了1倍以上.     

MoO3基纳米复合材料的制备及其电化学性能研究

以MoO3为基体,分别用超声分散法与碳纳米管(CNTs),化学原位聚合法与聚吡咯(PPy)复合,制备了MoO3/CNTs,MoO3/PPy和MoO3/CNTs/PPy纳米复合材料。利用XRD、SEM、TEM对复合材料进行物性表征,在1 mol·dm-3的HCl溶液中对MoO3,MoO3/CNTs,MoO3/PPy和MoO3/CNTs/PPy四个样品进行电化学测试。结果表明,复合材料的比容量均高于MoO3,其中,由于MoO3/PPy特殊的一维核壳结构使其具有较高的比表面积,相比较其他复合材料而言,有更好的电化学活性。该材料的最大比电容为450.8F·g-1。     

有限域聚合法制备碳纳米管-聚苯胺复合材料及其电化学性能

通过有限域聚合法将聚苯胺(PANI)均匀地生长在碳纳米管(CNTs)表面, 得到CNTs-PANI纳米复合材料. 通过透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、傅立叶变换红外(FTIR)光谱对样品的形貌及成分进行表征. 将得到的复合材料组装成电化学超级电容器, 进行电化学的循环伏安和恒流充放电测试. 结果显示, 运用此有限域聚合法所制备的复合材料中PANI 可以非常均匀地包裹在CNTs表面, 复合材料的比容量可以达到117.7 F·g-1(有机电解液), 远远高于所用纯碳纳米管(25.0 F·g-1)和纯聚苯胺(65.0 F·g-1)的比容量, 从而表明有限域聚合法是一良好的纳米复合材料的制备方法.     

有机化学接枝-电化学沉积聚合制备CNTs/PANI纳米复合材料

通过有机化学合成法先在碳纳米管表面接枝上苯胺单体,然后在不锈钢电极表面在硫酸溶液中采用循环伏安法电化学沉积聚合制得碳纳米管/聚苯胺(CNTs/PANI)纳米复合材料.扫描电子显微镜和傅立叶变换红外光谱表征所得材料的微观结构和基团,循环伏安和恒流充放电测试用于考察所得CNTs/PANI纳米复合材料的电化学性能.所得结果与...     

MnO2/PPy/PANI三元纳米管复合材料的合成及其电化学电容性能

在聚苯胺（PANI）和二氧化锰（MnO2）存在的条件下,以FeCl3/甲基橙为模板,通过化学氧化法聚合吡咯(Py)单体,制备MnO2/PPy/PANI纳米管复合材料。 利用X射线衍射、透射电子显微镜、红外光谱和电化学测试等多种测试技术对复合材料进行物性表征和电化学电容性能测试,并讨论了不同含量的PANI对复合物材料的结构和性能的影响。 结果表明,由于PANI、MnO2与PPy三者的相互协同作用,以及材料管状结构的大比表面积,使三元复合材料具有比二元复合材料要大的电化学活性。 所合成的三元复合材料最大比容量达到458.4 F/g。     

原位包覆导电聚吡咯的Li1.26Fe0.22Mn0.52O2富锂铁锰基正极材料的制备及电化学性能的提高

采用化学氧化聚合的方法成功合成了导电聚吡咯(PPy)包覆的纳米尺寸Li_1.26Fe_0.22Mn_0.52O₂(LFMO)正极材料。通过X射线衍射(XRD)检测样品的晶体结构,并通过扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)观察材料形态和微观结构。元素映射和傅里叶变换红外光谱结果表明,PPy导电网络存在于复合材料中,并且PPy均匀分布在LFMO颗粒上。通过恒流充放电测试和电化学阻抗谱(EIS)分析研究了所有样品的电化学性能,结果表明表面上的PPy显著降低了LFMO的电荷转移电阻。包覆PPy质量分数为2%的LFMO-2%PPy表现出极好的倍率性能和良好的循环稳定性,其在1C倍率下首次放电容量为206 mAh·g^-1,首圈库仑效率为87%,在1C和2C分别循环50圈后,其容量分别稳定在131和139 mAh·g^-1。     

碳纳米管/氧化石墨烯/硫复合正极材料的制备及其电化学性能

以碳纳米管和氧化石墨烯(CNTs/GO)为主体材料, 通过化学还原法制备了CNTs/GO 负载硫的复合正极材料CNTs/GO/S. 扫描电子显微镜(SEM)及透射电子显微镜(TEM)测试表明, CNTs 均匀插层在GO片间, 从而形成三维多孔结构, 有利于电解液的浸润; 活性物质硫均匀地负载在CNTs/GO 表面. 电化学测试表明,CNTs/GO/S复合材料具有高的比容量和良好的循环稳定性: 在1C倍率电流密度下, 复合材料首次放电比容量高达904 mAh·g^-1, 经过50圈循环之后, 复合材料的比容量仍保持在578 mAh·g^-1.     

氧化石墨烯/聚吡咯插层复合材料的制备和电化学电容性能

以FeCl₃-甲基橙(MO)为模板, 通过化学原位聚合法成功制备出氧化石墨烯/聚吡咯(GO/PPy)插层复合材料. 采用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外(FTIR)光谱、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)等测试技术对复合材料进行物性表征. 此外, 利用循环伏安、恒电流充放电和交流阻抗测试方法对复合材料在两种不同水系电解液(1 mol·L^-1 Na₂SO₄和1 mol·L^-1 H₂SO₄)中的电化学性能进行了研究. 结果显示: 氧化石墨烯和聚吡咯表现出各自优势并发挥协同作用, 使得GO/PPy插层复合材料在中性和酸性电解液中都显示出可观的比电容. 电流密度为0.5 A·g^-1时, GO/PPy 插层复合材料在Na₂SO₄和H₂SO₄电解液中的比电容分别为449.1 和619.0 F·g^-1, 明显高于纯PPy的比电容. 经过800 次循环稳定性测试后, 两种不同电解液中, 复合材料初始容量的保持率分别为92%和62%. 其中酸性电解液体系中初始容量更大, 而中性溶液中具有更稳定的循环性能.     

导电聚吡咯纳米线的电化学无模板法可控合成与表征

以β-萘磺酸(NSA)为掺杂剂,采用电化学无模板法制备了聚吡咯(PPy)纳米线.研究了NSA浓度、吡咯(Py)单体浓度及反应温度对PPy纳米线形貌的影响.分别采用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)和拉曼光谱对PPy纳米线的结构形貌和化学结构进行了表征.结果表明,利用电化学无模板法可得到中空的PPy纳米线;NSA浓度会影响PPy纳米线的取向性;增大Py单体浓度,可制得圆锥状PPy纳米线;低温有利于合成形状细长、紧密堆积的PPy纳米线.PPy纳米线形貌受游离Py浓度及Py-NSA胶束数量影响,通过调节NSA浓度、Py浓度及反应温度改变游离Py浓度及Py-NSA胶束数量,可制得不同形貌的PPy纳米线.     

石墨烯量子点增强聚吡咯超级电容器电极的电化学性质(英文)

通过将吡咯单体在低温下与石墨烯量子点进行原位聚合,获得一种全新的聚吡咯/石墨烯量子点(PPY/GQD)复合材料.实验中采用了扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、X射线衍射(XRD)、红外光谱(FT-IR)和热重分析(TGA)对复合物的表面形貌、结构进行表征.结果表明,吡咯单体以石墨烯量子点为软模板,以化学键的方式在石墨烯量子点的表面聚合生长成片状聚吡咯.通过机械冷压法将粉末状PPY/GQD复合物压成圆片电极.电极的电化学测试结果表明,PPY和GQD质量比为50:1所制得的复合物的电容量为485 F.g-1,同时在2000次循环之后电容量只降低了大约2%.通过与同比例的PG(聚吡咯/石墨烯复合材料)以及纯PPY对比,发现聚吡咯/石墨烯量子点的高比容量及优异的循环稳定性将会使其在电化学超级电容器领域中具有潜在的应用价值.     

掺杂离子对聚吡咯膜的电化学容量性能的影响

用电化学方法制备了分别以对甲基苯磺酸根(TOS-), 高氯酸根(ClO-4)和氯离子(Cl-)掺杂的聚吡咯(PPy)膜. 用循环伏安(CV)、恒电流充放电和电化学阻抗谱(EIS)等测试了它们的电化学容量性能. 用扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)分别研究了这三种PPy膜的形貌和结构. 研究发现, 由于具有疏松多孔的形貌和更有序的分子链结构, PPy-TOS和 PPy-Cl膜具有较好的充放电能力, 在深度充放电时仍具有很小的电化学电阻, 其离子扩散接近理想电容器的离子扩散机理. PPy-Cl(聚合电量2 mAh·cm-2)的比容量在扫描速率为5 mV·s-1时高达270 F·g-1, 扫描速率200 mV·s-1时仍高达175 F·g-1, 特别是, 其比能量高达35.3 mWh·g-1. PPy-TOS由于有质量较大的掺杂离子(TOS-)因而比容量略低(146 F·g-1, 扫描速率5 mV·s-1), 但具有超快速充放电能力, 在扫描速率为200 mV·s-1时, 比容量为123.6 F·g-1, 其比功率高达10 W·g-1. 并且, 两种电极材料均具有稳定的电化学循环性能.     

Facile synthesis and performance of polypyrrole-coated sulfur nanocomposite as cathode materials for lithium/sulfur batteries

In situ chemical oxidation polymerization of pyrrole on the surface of sulfur particles was carried out to synthesize a sulfur/polypyrrole （SIPPy） nanocomposite with core-shell structure. The composite was characterized by elemental analysis, X-ray diffraction, scanning/transmission electron microscopy, and electrochemical measurements. XRD and FTIR results showed that sulfur well dispersed in the core-shell structure and PPy structure was successfully obtained via in situ oxidative polymerization of pyrrole on the surface of sulfur particles. TEM observation revealed that PPy was formed and fixed to the surface of sulfur nanoparticle after polymerization, developing a well-defined core-shell structure and the thickness of PPy coating layer was in the range of 20-30 nm. In the composite, PPy worked as a conducting matrix as well as a coating agent, which confined the active materials within the electrode. Consequently, the as prepared SIPPy composite cathode exhibited good cycling and rate performances for rechargeable lithium/sulfur batteries. The resulting cell containing SIPPy composite cathode yields a discharge capacity of 1039 mAh·g^-1 at the initial cycle and retains 59% of this value over 50 cycles at 0.1 C rate. At 1 C rate, the SIPPy composite showed good cycle stability, and the discharge capacity was 475 mAh·g^-1 after 50 cycles.     

Preparation and characterization of conducting poly(acryloyl chloride)‐g‐ polypyrrole copolymer

The electroactive copolymer of poly(acryloyl chloride) (PAC) and polypyrrole (PPy) can be synthesized by electrochemical polymerization using a polymer precursor which contains a pyrrole moiety in its side chain. Poly(acryloyl pyrrole) (PAP) was synthesized chemically with acryloyl chloride and potassium pyrrole salt and characterized using FT‐IR and ¹H‐NMR spectroscopy. PAP dissolved in dimethyl formamide (DMF), was spin‐coated on a platinum electrode and polymerized electrochemically in the electrolytic mixture solution consisting of acetonitrile, 0.1 M pyrrole, and 0.1 M lithium perchlorate. Constant potential electrolysis showed that pyrrole groups in the precursor were oxidized to form PPy, that is, they acted as grafting centers at which the PPy grew. Scanning electron microscopy (SEM) results and conductivity measurements supported the formation of the graft copolymer. The morphological feature of PAC‐g‐PPy copolymer films showed homogeneous structure, but that of PAC/PPy composite films showed irregular structure. The maximum conductivity of the final products was about 1 S/cm. Copyright © 2002 John Wiley & Sons, Ltd.     

导电聚合物的电化学制备和电化学性质研究——中国科学院有机固体重点实验室导电聚合物电化学研究工作简介(I)

简要介绍本研究组自上世纪80年代以来在导电聚合物的电化学制备和电化学性质研究中取得的一些主要成果,包括吡咯电化学聚合条件的影响、电化学聚合反应机理及其反应动力学、导电聚吡咯的两种掺杂结构及其两步电化学氧化还原过程和电化学过氧化的机理、导电聚苯胺的电化学性质、导电聚合物稳定性的电化学解释等等.     

9,10-蒽醌-2-磺酸钠盐掺杂对导电聚吡咯电容性能的促进作用

用恒电位法制成以9,10-蒽醌-2-磺酸钠盐(AQS)为掺杂阴离子的导电聚吡咯(PPy)电化学电容器电极材料,并采用循环伏安(CV)、充放电测试、电化学阻抗(EIS)等方法表征电容性质.结果表明,与高氯酸阴离子(ClO4-)掺杂的PPy相比,PPy/AQS电极材料不仅单位质量电容和电极稳定性得到提高,工作电压范围也得以扩大.在1mol·L-1的氯化钾中,工作电压为-0.6至0.6V,扫描速率为50mV·s-1时其单位质量电容达到491F·g-1,比PPy/ClO4-电极材料提高1.5倍.这是由于AQS自身良好的氧化还原活性和AQS掺杂有利于聚吡咯膜形成疏松多孔的纳米及亚微米颗粒结构而导致的.     

Electrochemical synthesis of polypyrrole/polyimide conducting composite using a polyamic acid precursor

Conducting polymer/poly(amic acid) composites were synthesized by casting poly(amic acid) (PAAc)film onto the surface of stainless steel followed by electrochemical deposition of polypyrrole. Polypyrrole/polyimide (PPy/PI) composites were also formed by preimidizing the polyamic acid film prior to electrodeposition of PPy. The electrical resistance of the bottom side of PPy/PAAc composite (2.3 Ω cm) was lower than that of the PPy/PI composite (6.4 Ω cm), the thickness of the matrix was the same. A PI matrix was used for electropolymerization of pyrrole. The electrodeposition was investigated by using different current densities. IR spectroscopy revealed interactions between the PAAc and PPy in the composite.     

介孔-C/MnO2非对称超级电容器的研究

以氧化硅介孔分子筛SBA-15为模板制备出介孔MnO2和介孔炭, 并分别作为正极和负极在6 mol·L-1 KOH电解液中组装出新型非对称超级电容器. 小角X射线衍射(LXRD)、透射电镜(TEM)以及N2吸附-脱附测试表明样品具有介孔结构, 且比表面积较大, 孔径分布范围较窄. 采用恒流充放电、循环伏安、交流阻抗等电化学方法考察了非对称超级电容器的性能. 在0.1 A·g-1电流密度、不同充放电电位下进行研究, 得出最佳充放电电位为1.8 V. 结果表明, 在0.1 A·g-1电流密度、1.8 V的充放电电位下电容器的充放电性能良好, 等效串联电阻(ESR)为1.15 Ω, 功率密度为89.0 W·kg-1, 能量密度达31.3 Wh·kg-1, 首次放电比容量为76.7 F·g-1, 经过1000次循环容量仍保持在69.5 F·g-1.