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微/纳米结构聚吡咯与聚苯胺的制备及性能研究

2020-12-01阅读(139)

微/纳米结构聚吡咯与聚苯胺的制备及性能研究

论文摘要

聚吡咯（PPy）、聚苯胺（PANI）是典型的导电高分子,具有较高的导电性、可逆的氧化还原特性,较高的稳定性且电荷存储能力较强。其一维微/纳米结构同时具有有机导体和低维纳米结构的优点,在高分子导线、化学传感器、微驱动器等方面有着潜在的应用。本文采用化学氧化法,制备出具有微米带形貌的PPy和微/纳米管形貌的PANI,并初步探讨了微观形貌和电导率之间的关系及微观形貌形成的机理。选用酸性媒介深黄GG（AMY GG）为掺杂剂优化了聚合条件,优化的因素有反应时间、氧化剂用量、盐酸用量、AMY GG用量、洗涤方式、氧化剂种类及加入方式和搅拌情况。得到PPy微米带结构的最佳条件为:n（AMY GG） : n （Py）=1、n（HCl） : n （Py）=0.8、过硫酸铵（APS）为氧化剂、氧化剂采用滴加方式、反应温度为05℃且先后用水、甲醇和乙醚洗涤。得到PANI微/纳米管结构的最佳条件为:n（AMY GG） : n （ANI）=0.05、n（HCl） : n （ANI）=1、APS为氧化剂、氧化剂采用滴加方式、反应温度为05℃且先后用水、甲醇和乙醚洗涤。运用正交实验考察了反应时间、氧化剂用量、盐酸用量、AMY GG用量和反应温度对于提高PPy和PANI电导率重要程度的影响。运用红外光谱（FTIR）、紫外-可见光光谱（UV-vis）、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、X射线衍射（XRD）和热失重（TGA）等手段表征了PPy和PANI的组成、结构、微观形貌和热稳定性,通过四探针测试仪测试其压片电导率并通过元素分析考察了掺杂剂用量对电导率的影响。以微米带和微米球形貌的PPy为正极组装扣式锂二次电池,通过恒电流充放电、循环伏安、交流阻抗等手段对正极材料的电化学性能进行测试,并探讨了PPy微观形貌对Li/PPy二次电池电化学性能的影响。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 绪论
  • §1-1 导电聚合物
  • 1-1-1 引言
  • 1-1-2 导电聚吡咯
  • 1-1-2-1 导电聚吡咯的结构
  • 1-1-2-2 聚吡咯的掺杂机理
  • 1-1-2-3 聚吡咯的合成方法
  • 1-1-3 导电聚苯胺
  • 1-1-3-1 聚苯胺的结构
  • 1-1-3-2 聚苯胺的掺杂与导电
  • 1-1-3-3 聚苯胺的合成方法
  • §1-2 聚合物一维微/纳米结构
  • 1-2-1 前言
  • 1-2-2 聚合物一维微纳米结构的合成方法
  • 1-2-2-1 硬模板法
  • 1-2-2-2 软模板法
  • 1-2-2-3 无模板法
  • 1-2-2-4 种子聚合法
  • 1-2-3 导电高分子纳米材料的应用
  • 1-2-3-1 分子导线
  • 1-2-3-2 微驱动器
  • 1-2-3-3 生物反应器、传感器
  • §1-3 锂离子二次电池的正极材料
  • 1-3-1 引言
  • 1-3-2 锂二次电池正极材料的要求
  • 1-3-3 锂二次电池正极材料的进展
  • 1-3-3-1 无机过渡金属氧化物
  • 1-3-3-2 有机导电聚合物
  • 1-3-3-3 有机硫化物
  • 1-3-4 锂二次电池正极材料的展望
  • §1-4 本论文研究目的和内容
  • 第二章 聚吡咯微米带的合成与表征
  • §2-1 引言
  • §2-2 实验部分
  • 2-2-1 实验原料与实验仪器
  • 2-2-2 聚吡咯的合成
  • 2-2-3 表征与测试
  • §2-3 结果与讨论
  • 2-3-1 反应时间对 PPy 电导率的影响
  • 2-3-2 氧化剂用量对 PPy 电导率的影响
  • 2-3-3 盐酸用量对 PPy 电导率的影响
  • 2-3-4 酸性媒介深黄 GG 用量对 PPy 电导率的影响及其元素分析
  • 2-3-4 正交实验
  • 2-3-5 聚吡咯的微观形貌
  • 2-3-5-1 酸性媒介深黄 GG 对聚吡咯微观形貌的影响
  • 2-3-5-2 盐酸用量对聚吡咯微观形貌的影响
  • 2-3-5-3 洗涤方式对聚吡咯微观形貌的影响
  • 2-3-5-4 氧化剂的加入方式和搅拌情况对 PPy 电导率及其微观形貌的影响
  • 2-3-5-5 不同氧化剂对聚吡咯微观形貌的影响
  • 2-3-6 聚吡咯的红外光谱分析
  • 2-3-7 聚吡咯的 X 射线衍射分析
  • 2-3-8 聚吡咯的热失重分析
  • 2-3-9 聚吡咯微观形貌和宏观电导率的关系
  • 2-3-10 聚吡咯微米带的形成机理
  • §2-4 本章小结
  • 第三章 聚苯胺微/纳米管的合成与表征
  • §3-1 引言
  • §3-2 实验部分
  • 3-2-1 实验原料与实验仪器
  • 3-2-2 聚苯胺的合成
  • 3-2-3 表征与测试
  • §3-3 结果与讨论
  • 3-3-1 反应时间对 PANI 电导率的影响
  • 3-3-2 氧化剂用量对 PANI 电导率的影响
  • 3-3-3 HCl 用量对 PANI 电导率的影响
  • 3-3-4 掺杂剂对 PANI 电导率的影响
  • 3-3-5 PANI 的正交实验
  • 3-3-6 放置时间对 PANI 电导率的影响
  • 3-3-7 PANI 的微观形貌
  • 3-3-7-1 酸性媒介深 GG 用量对 PANI 微观形貌的影响
  • 3-3-7-2 盐酸用量对 PANI 微观形貌的影响
  • 3-3-7-3 洗涤方式对聚苯胺微观形貌的影响
  • 3-3-7-4 氧化剂的加入方式和搅拌情况对 PANI 电导率及微观形貌的影响
  • 3-3-7-5 其他掺杂剂对聚苯胺微观形貌的影响
  • 3-3-8 聚苯胺的红外光谱分析结构
  • 3-3-9 聚苯胺的紫外-可见光光谱分析
  • 3-3-10 聚苯胺的X射线衍射分析
  • 3-3-11 聚苯胺的热失重分析
  • 3-3-12 聚苯胺微观形貌和宏观电导率的关系
  • 3-3-13 聚苯胺微/纳米管的形成机理
  • §3-4 本章小结
  • 第四章 聚吡咯作锂二次电池正极材料的性能研究
  • §4-1 引言
  • §4-2 实验部分
  • 4-2-1 实验原理
  • 4-2-2 实验原料与仪器
  • 4-2-3 锂/聚吡咯二次电池的制作
  • 4-2-4 锂/聚吡咯二次电池的组装
  • 4-2-5 测试与表征
  • §4-3 结果与讨论
  • 4-3-1 PPy 正极的电化学性能
  • 4-3-1-1 电池的充放电性能
  • 4-3-1-2 PPy 正极材料的循环伏安分析
  • 4-3-1-3 PPy 正极材料的交流阻抗分析
  • 4-3-2 PPy 正极材料的扫描电镜分析
  • §4-4 本章小结
  • 第五章 结论
  • 参考文献
  • 致谢
  • 攻读学位期间所取得的相关科研成果

    • 相关论文文献

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