导电聚合物-纤维素纤维复合材料研究新进展

导电聚合物与纤维素纤维的复合可实现功能互补,相应复合材料具有较大利用潜力。本文概述了近年来导电聚合物-纤维素纤维复合材料研究的一些新进展。导电聚合物-纤维素纤维复合材料的制备方法有:原位液相化学聚合法、气相化学聚合法、喷墨打印法、聚电解质吸附法、层层自组装法、吸附胶团聚合法、电化学聚合法等。不同方法各具特色,亦有交叉性与重叠性。其中,原位液相化学聚合法因制备过程简单、成本较低和环境友好而备受关注,已有的研究进展为复合材料在功能纸和水体净化材料等方面的应用奠定了理论基础。在对新进展进行概述的基础上,提出了今后导电聚合物-纤维素纤维复合材料具有发展潜力的研究方向。

化学法制备高容量导电聚苯胺

在室温下,采用化学原位聚合法制备得到超级电容器用导电聚苯胺(PANI),并采用扫描电子显微镜(SEM)和X-射线衍射(XRD)对其形貌和结构进行了表征。以制备的PANI为活性物质作为电极材料,1mol/L Na_2SO_4水溶液为电解液组装成扣式超级电容器,通过循环伏安和恒电流充放电测试研究其电化学性能。结果表明,制备的导电PANI具有高的比容量、良好的功率特性和较好的循环性能。在电流密度为5mA/cm^2下的单电极比容量达451 F/g,1000次循环后容量仍保持在208 F/g。电流密度为20mA/cm^2下的单电极比容量仍有230F/g。能量密度最高达7.35Wh/kg。

中间相炭微球改性聚苯胺超级电容器电极材料研究

本文以活性中间相炭微球为基底,过硫酸铵(APS)为氧化剂,通过原位化学聚合法聚合苯胺,得到聚苯胺/活性中间相炭微球复合材料(PANI/A-MCMB),采用扫描电子显微镜(SEM)、X-射线衍射仪(XRD)对其形貌和结构进行表征。以PANI/A-MCMB复合物为电极活性物质,1.0 mol/L H_2SO_4水溶液为电解液,组装对称型超级电容器,用循环伏安法(CV)、电化学交流阻抗(EIS)、恒流充放电(GCD)等测试手段测试超级电容器的电化学性能。实验结果表明,电流密度恒为0.1A/g时,PANI/A-MCMB复合材料单电极比容量为301.6F/g,1 000次循环后比容量为276.3F/g,比电容保持率为91.6%,较PANI材料(比容量为228F/g,1 000次循环后比电容保持率为39.5%)具有更好的比容量和循环稳定性。

TiO_2/PPy复合导电微球的制备

采用溶剂热法制备TiO2微球,在其表面通过原位化学氧化聚合法制备聚吡咯(PPy)从而获得TiO2/PPy复合导电微球,分别使用FTIR、XRD、SEM以及四探针电阻仪对其进行表征。结果表明TiO2为锐钛矿型,微球尺寸均匀,直径约1.5μm,分散性良好;原位聚合的PPy呈球形附着于TiO2表面。随着吡咯(Py)与TiO2摩尔比的增加,TiO2/PPy复合导电微球的电阻率先急剧减小,而后当Py与TiO2的摩尔比大于2时,电阻率基本不变,约为0.161Ω·cm。所制备的复合导电微球可用于静电防护、精密仪器电磁屏蔽等领域。

聚噻吩/纳米MnO_2复合材料的制备表征及电化学性能

纳米二氧化锰(MnO2)作为超级电容材料已被广泛研究。为了改善其充放电性能,采用原位化学氧化聚合法制备聚噻吩/纳米MnO2(PTh/MnO2)复合材料,对纳米MnO2进行性能改性。通过改变聚噻吩在PTh/MnO2复合材料中的掺杂量,制备出一系列的复合材料。采用傅里叶转换红外光谱(FIIR)、X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)和透射电子显微镜(TEM)对PTh/MnO2复合材料的化学性能、晶体结构以及表面形貌等进行了详细考察。接着采用CT001A型电池测试系统对以PTh/MnO2复合材料做负极所制得的密封扣式电池进行了充放电性能测试。结果表明,MnO2和聚噻吩在不同的PTh/MnO2复合材料中形貌各异。当聚噻吩含量为8wt%~10wt%时,MnO2在PTh/MnO2复合材料中分布最为均匀;当聚噻吩含量较高时,MnO2的形貌受到严重影响,其原来的管状结构接近消失。聚噻吩含量的不同,同样也影响了电池的充放电性能。当聚噻吩的含量为20wt%时,在循环20次后,电池的平衡容量为最高,可达700mAh/g。这明显高于以纳米MnO2为负极时的电池容量。由此可见,聚噻吩对纳米MnO2的充放电性能具有明显的增强作用。该研究为PTh/MnO2复合材料作为电池负极材料的使用提供了实验基础。