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微/纳米结构聚吡咯与聚苯胺的制备及性能研究

张雪峰  
【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0~5℃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0~5℃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。


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