石墨烯聚苯胺复合材料
复合材料种类
1.2.2石墨烯/聚合物纳米复合材料种类最近几年，以聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯胺、环氧树脂、硅橡胶等为基体的石墨烯复合材料的研究都有所报道。
其中出现了较多，关于石墨烯在高分子基体中达到纳米水平分散的研究。
这里简要介绍一些主要的石墨烯/聚合物纳米复合材料。
（1）聚苯胺（PANI）/石墨烯纳米复合材料聚苯胺（PANI）/石墨烯纳米纤维复合材料是用原位聚合方法，在酸性条件下,氧化石墨烯与苯胺单体聚合得到的[1]。
然后，使用水合肼还原不同氧化石墨烯质量比的PANI/氧化石墨烯复合材料。
最后，对还原的PANI再氧化和质子化生成PANI/石墨烯纳米复合材料。
Bhadra等[2]也报道过纯PANI这种类型的热降解。
PANI和PANI/石墨烯复合材料样品在同一温度范围内质量损失分别是40%和25%。
结果表明，PANI/石墨烯纳米复合材料热稳定性较之纯的PANI提高了。
同时，复合材料的导电率也有很大的增加。
（2）聚氨酯/石墨烯纳米复合材料使用原位聚合的方法制备功能化的石墨烯（FGS）/水性聚氨酯（WPU）纳米复合材料[3]。
由于FGS粒子在WPU基体中的均匀分散使纳米复合材料电导率比初始WPU增加了105倍。
由于导电通道的形成，在高分子基体中引发了电导率的突变。
当填充FGS仅为2%(Wt)时，可得到渗滤阀值。
（3）环氧树脂/石墨烯纳米复合材料Kuilla等[4]用原位插层聚合制备了环氧树脂石墨烯纳米复合材料环氧树脂的热导率很小。
但是，加入石墨烯后其热导率得到了显著提高。
填充5%(Wt)GO 的环氧树脂基复合材料其热导率是1W/mK，这是纯环氧树脂热导率的4倍。
当填充20%(Wt)GO的环氧树脂基复合材料其热导率增加到6.44W/mK。
这些结果表明石墨烯复合材料用于散热是一种很有前途的热界面材料。
（4）聚碳酸酯/石墨烯纳米复合材料通过熔融复合法，制备石墨和功能化石墨烯（FGS）增强的聚碳酸酯(PC)复合材料[5]。
石墨烯聚苯胺复合材料的制备及其电化学性能
石墨烯聚苯胺复合材料的制备及其电化学性能一、本文概述本文旨在探讨石墨烯聚苯胺复合材料的制备工艺及其电化学性能。
石墨烯，作为一种二维的碳纳米材料，因其出色的电导性、高比表面积和良好的化学稳定性，在电化学领域具有广泛的应用前景。
聚苯胺，作为一种导电聚合物，具有良好的电化学活性和环境稳定性。
将石墨烯与聚苯胺复合，可以充分发挥两者的优势，提高复合材料的电化学性能。
本文将首先介绍石墨烯和聚苯胺的基本性质，然后详细阐述石墨烯聚苯胺复合材料的制备方法，包括溶液混合法、原位聚合法等。
随后，通过对制备的复合材料进行结构表征和电化学性能测试，分析其电化学性能的影响因素及优化条件。
本文还将讨论石墨烯聚苯胺复合材料在超级电容器、锂离子电池等电化学器件中的应用潜力，并展望其未来的发展前景。
通过本文的研究，旨在为石墨烯聚苯胺复合材料的制备和应用提供理论支持和实践指导，推动其在电化学领域的广泛应用。
二、石墨烯聚苯胺复合材料的制备方法石墨烯聚苯胺复合材料的制备是一个融合了化学合成和纳米材料制备技术的复杂过程。
这种方法的关键步骤包括石墨烯的制备、聚苯胺的合成以及两者的复合。
我们需要制备高质量的石墨烯。
这通常通过化学气相沉积（CVD）法、氧化还原法或剥离法实现。
其中，氧化还原法是最常用的一种方法，它通过将天然石墨与强氧化剂反应，生成氧化石墨，再经过热还原或化学还原得到石墨烯。
接下来，我们合成聚苯胺。
聚苯胺的合成通常通过化学氧化聚合法进行，如使用过硫酸铵作为氧化剂，在酸性条件下将苯胺单体氧化聚合，生成聚苯胺。
制备石墨烯聚苯胺复合材料的核心步骤是将石墨烯和聚苯胺进行有效复合。
这可以通过溶液混合法、原位聚合法或熔融共混法实现。
其中，溶液混合法是最常用的一种方法。
将石墨烯分散在适当的溶剂中，然后加入聚苯胺溶液，通过搅拌或超声处理使两者充分混合。
随后，通过蒸发溶剂或热处理使复合材料固化。
为了进一步提高复合材料的性能，我们还可以在制备过程中引入其他添加剂或进行后处理。
石墨烯复合材料中的电磁波吸收性能研究
石墨烯复合材料中的电磁波吸收性能研究近年来，石墨烯复合材料因其优异的性能引起了广泛的关注。
在复合材料的研究中，电磁波吸收性能是一项重要的指标，它直接影响到材料在电磁波应用中的实际效果。
本文将对石墨烯复合材料中的电磁波吸收性能研究进行探讨。
一、石墨烯复合材料的电磁波吸收机理石墨烯复合材料由石墨烯和其他材料复合而成，其中石墨烯作为复合材料中的一种纳米材料，具有出色的导电和导热性能。
当石墨烯复合材料受到电磁波的照射时，其表面电荷振荡会产生吸收能力。
此外，石墨烯复合材料中的磁散射和磁吸收也可以导致电磁波的吸收。
二、石墨烯复合材料的电磁波吸收性能研究现状在实际应用中，一般将石墨烯复合材料作为电磁波吸收材料来研究。
有研究表明，石墨烯复合材料具有较高的电磁波吸收性能。
例如，石墨烯/NiFe2O4复合材料的吸收峰值在3 GHz处达到-50 dB，这意味着这种复合材料可以有效地吸收电磁波。
另外，石墨烯/聚苯胺复合材料的吸收带宽也很宽，可以达到3 GHz到10 GHz。
这些研究表明，石墨烯复合材料具有较好的电磁波吸收性能。
三、石墨烯复合材料的改性方法为了使石墨烯复合材料具有更好的电磁波吸收性能，研究者们采用了各种方法来对石墨烯进行改性。
其中，掺杂和表面修饰是两种常见的改性方法。
1.掺杂改性掺杂是指在石墨烯中加入金属、非金属甚至有机物质。
这种掺杂可以改变石墨烯的导电性质，从而提高电磁波吸收性能。
例如，在石墨烯中掺杂碳纳米管可以引起由于磁吸收引起的迟滞效应，从而提高了石墨烯复合材料的吸收能力。
2.表面修饰改性表面修饰是指通过化学方法对石墨烯表面进行处理，增强石墨烯与复合材料之间的相互作用。
这种方法可以改善石墨烯在复合材料中的分散性和稳定性。
例如，将石墨烯表面修饰成氧化石墨烯或氢氟酸处理的石墨烯可以增强其与其他材料的相容性，提高复合材料的电磁波吸收性能。
四、石墨烯复合材料在电磁波应用中的展望石墨烯复合材料具有广阔的应用前景，特别是在电磁波领域中。
石墨烯聚合物复合材料的研究现状及前景论文1 推荐
石墨烯/聚合物复合材料的研究现状及前景皖西学院材料1102班：2011010373张帅2011010355施含、2011010347陆瑞瑞、2011010611蔡虹、2011010364谢偏、2011010336冯帆摘要：石墨烯是2004年问世的一种具有单原子厚度的二维蜂窝状晶体结构的新型纳米材料，其特殊的结构赋予了它许多新奇的物理性质，如优异的力学性能，良好的导电和导热性能，和极佳的复合材料增强性能，石墨烯作为纳米增强组分, 少量添加可以使聚合物的热学、力学、电学等物理性能得到大幅地提高。
因此其应用领域广泛，受到广大学者科学家的重视。
本文主要介绍聚合物复合材料的界面结构，石墨烯结构和界面，石墨烯/聚合物复合材料的实现和应用以及对未来发展前景的展望。
(9、12、13、17)关键词：石墨烯、聚合物复合材料、界面相容性、材料改性、力学性能、电学性能、热学性能，应用。
Present situation and prospect in Graphene/polymercomposites.Zhang ShuaiShi Han 、Lu Ruirui、Cai Hong 、Xie Pian Feng Fan Abstract:Graphene discovered in 2004 is a atomic two-dimensional(2D)nanomaterials. Due to its unusual molecular structure ,graphene shows many novels ,unique physical and chemical properties ,such as excellent electric conductivity ,thermalconductivity ,thermal stability.Graphene as nano enhanced components, a small amount of added can make polymer thermal, mechanical, electrical and other physical properties are improved significantly.So its application field widely, have drawn the attention of the many scholars scientists.This paper mainly introduces the interface structure of polymer composite materials, graphene structure and interface, implementation and application of graphene/polymer composites as well as on the outlook for the future development prospect.Key words: Graphene,Polymer composite materials Material modification、Mechanical properties、Electrical performance、Thermal properties、application.一：石墨烯/聚合物的研究现状自年石墨烯发现以来，石墨烯的研究成果层出不穷，其中包括，生活领域，医用领域，电化学领域等。
石墨烯／氧化锰／聚苯胺微纳米复合材料的制备及其超级电容器性质的研究
Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｏ ｎ ｔ ｈｅ Ｆ ａ ｂ ｒ ｉ ｃ ａ ｉｏ ｔ ｎ ａ ｎ ｄ Ｓ ｕ ｐ ｅ ｒ ａｐ ｃ ａ ｄｔ ｏ ｒ Ｃｈａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｉｓ ｒ ｔ ｉ ｃ ｓ ｏ ｆ
Ｇｒ ａ ｐ ｈ ｅ ｎ ｅ ／ Ｍｎ ＯＪ Ｐｏ ｌ ｙ ａ ｎ ｉ ｌ ｉ ｎ ｅ Ｍｉ ｃ ｒ ｏ 。 ＿ ＿ － Ｎａ ｎ ｏ Ｃｏ ｍｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｅ ｓ
Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｔ ｈ ｅ ｇ ｒ ａ ｐ ｈ ｅ ｎ ｅ ／ ｍａ ｎｇ ａ ｎ ｅ ｓ ｅ ｏ ｘ ｉ ｄ ｅ ・ ／ ｐ ｏ ｌ ｙ ａ ｎ ｉ ｌ ｉ ｎ ｅ ｍｉ ｃ ｒ ｏ — — ｎ ａ ｎ ｏ ｃ ｏ ｍ ｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｅ ｓ ｗ ｅ ｒ ｅ ｆ ａ ｂ ｒ ｉ ｃ ａ ｔ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ ｉ ｔ ｓ ｃ ａ ｐ ａ ｃ ｉ ｔ ｉ ｖ ｅ ｐ ｒ ｏ ｐ ｅ ｒ ｔ ｉ ｅ ｓ
要 ：本文主要对石墨烯／ 氧化锰／ 聚苯胺微纳米复合物作 为超级 电容 器电极材料 的制备及其 电容性质进行 了研 究。红 外
光谱 、ｘ一 射线光电子能谱 和扫描 电镜等测试结果表 明 已成 功合成 了三元微纳米复合物。通过循环伏安测试和恒电流充放 电
测试表明石墨烯与氧化锰 以 １： ５ 的质量 比进行复合得 到的产物电化 学储 能性质最好 。三元复合 时，随着苯胺的增加 ，三元 复合物的充放 电时间逐渐增 长，苯胺与石 墨烯／ 氧化锰 复合材料的质量比为２： １ 时 ，复合物的 比电容为 ３ １ １ Ｆ ／ ｇ ，比石墨烯／ 氧化锰的比电容 （ １ ７ １ Ｆ ／ ｇ ）高出近一倍 ，由此 可知 ，聚苯胺的加入显著提 高了二元复合 物的比电容。 关键词 ：超级电容器；石墨烯 ；复合 材料 中图分类号 ： ０６ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１ ６ ７ ２ ～ ９ ８ ７ Ｏ （ ２ Ｏ １ ３ ） Ｏ ６ 一Ｏ ０ ９ Ｏ 一 ０ ３
石墨烯改性聚氨酯复合材料的应用
ECOLOGY区域治理石墨烯改性聚氨酯复合材料的应用江苏大学京江学院 彭秋华摘要：石墨烯纳米材料具有很强的导电性和结构稳定性，作为一种优良的改性复合材料，可以在聚氨酯合成作用中发挥巨大的作用。
本文综述了石墨烯改性聚氨酯复合材料的三种制备方法：溶液共混法、熔融共混法和原位聚合法，并详细介绍复合材料在防腐涂层、沥青、形状记忆材料以及导电材料上的应用，最后展望了石墨烯改性聚氨酯复合材料的发展前景。
关键词：石墨烯；聚氨酯；复合物；应用中图分类号：TB33 文献标识码：A 文章编号：2096-4595（2020）52-0152-0002聚氨酯最早出现在二十世纪三十年代初，是一种高分子化合物，分为软质和硬质聚氨酯，不但具有一定的抗震性和防毒性，还具有热稳定性的优点。
因此，依靠这些优越性，被广泛的应用到各种领域中，例如这些性能在建筑领域中也得到了广泛的应用。
虽然在不断尝试，也在不断寻求新的方法，但还是会有不少问题出现。
经研究发现，加入改性剂之后可以使其性能发挥其更大的作用，有效减少资源的浪费。
石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化连接的碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格的二维碳纳米材料，因其呈蜂巢网状结构的原因，使其具有较强的稳定性。
石墨烯不仅具有优异的电学、光学、力学等性质，而且还具有一定的韧性，并且就纳米材料而言，石墨烯的发展受到社会各界的广泛关注，其氧化和功能化后会变得异常的坚固、强韧。
近年来,石墨烯改性聚氨酯复合材料在工业上已受到广泛的关注，石墨烯改性聚氨酯能够使石墨烯和聚氨酯发挥巨大的作用，满足现代工业发展的需求。
一、石墨烯的概述（一）石墨烯的发展历史以及结构1.石墨烯的发展在二十世纪三十年代初，通过苏联物理学家朗道和斯佩尔科学家的精心研究，准二维晶体材料的性质逐渐被揭开神秘的面纱，由于受到各种因素的影响，其很快就被分解了。
之后在1945年，华莱士就石墨烯的电子结构进行了相关的研究。
之后很多年内，更多科研人员对石墨烯的结构进行了研究。
改性氧化石墨烯-聚苯胺复合材料的制备及防腐性能
改性氧化石墨烯-聚苯胺复合材料的制备及防腐性能改性氧化石墨烯/聚苯胺复合材料的制备及防腐性能摘要：随着科技的不断发展和人们对环境保护的重视，防腐材料的研究逐渐成为热点。
本研究以聚苯胺（PANI）为基体，通过改性氧化石墨烯（GO）的加入制备了一种改性氧化石墨烯/聚苯胺（GO/PANI）复合材料，并对其防腐性能进行了研究。
结果表明，GO的引入显著提高了复合材料的电导率和机械性能，并且具有良好的防腐性能。
本研究为开发高性能防腐材料提供了新的思路。
关键词：改性氧化石墨烯，聚苯胺，复合材料，防腐性能 1. 引言近年来，防腐材料在工业生产和日常生活中扮演着重要的角色。
传统的防腐材料往往存在使用寿命短、防护效果不理想等问题，因此开发高性能的防腐材料成为迫切需求。
氧化石墨烯（GO）作为一种具有优异电子性能和化学稳定性的纳米材料，被广泛应用于各个领域。
然而，GO在防腐材料中的应用受限于其高电阻率和机械性能较差的问题。
因此，将GO与其他有机材料进行复合改性，以提高复合材料的电导率和力学性能，并同时具备优异的防腐性能，成为近年来的研究重点。
2. 实验部分2.1 材料的制备2.1.1 GO的制备采用改进的Hummers法制备GO。
首先将天然石墨加入浓硫酸中，并搅拌30分钟。
然后缓慢加入高锰酸钾，并继续搅拌1小时。
接下来将混合溶液稀释至10倍，加入冰浴中，并缓慢滴加稀磷酸。
最后用10% HCl溶液洗涤过滤得到GO。
2.1.2 GO/PANI复合材料的制备将得到的GO与聚苯胺（PANI）按照一定比例混合，并在溶剂中搅拌2小时使其均匀分散。
随后将混合物转移到模具中，用真空烘箱进行干燥，最后得到GO/PANI复合材料。
2.2 防腐性能测试采用电化学阻抗谱（EIS）技术对GO/PANI复合材料的防腐性能进行评估。
将复合材料制备成电极，并将其浸泡在含有NaCl的腐蚀介质中，通过测量电流和电位变化来研究复合材料的防腐蚀性能。
3. 结果与讨论3.1 GO/PANI复合材料的表征通过扫描电镜观察复合材料表面的形貌，可以看到GO均匀地分散在PANI的基体中。
石墨烯复合材料
石墨烯复合材料
石墨烯是一种由碳原子构成的二维晶格结构材料，具有极强的机械强度、导电性和热导性，因此被广泛应用于复合材料领域。
石墨烯复合材料是指将石墨烯与其他材料进行复合，以提高材料的性能和功能。
目前，石墨烯复合材料已经在航空航天、汽车制造、电子设备等领域得到了广泛的应用。
首先，石墨烯复合材料具有优异的机械强度。
石墨烯本身具有非常高的强度和韧性，能够有效增强复合材料的整体强度和硬度。
与传统材料相比，石墨烯复合材料更轻更薄，但却具有更高的强度和耐磨性，因此在航空航天领域得到了广泛的应用。
其次，石墨烯复合材料具有优异的导电性能。
石墨烯是一种优良的导电材料，能够有效提高复合材料的导电性能。
在电子设备制造领域，石墨烯复合材料可以用于制造柔性电路板、导电薄膜等产品，大大提高了电子设备的性能和可靠性。
另外，石墨烯复合材料还具有优异的热导性能。
石墨烯具有非常高的热导率，可以有效地将热量传导出去，因此在汽车制造领域得到了广泛的应用。
石墨烯复合材料可以用于制造散热片、发动机零部件等产品，提高了汽车的燃烧效率和安全性能。
总的来说，石墨烯复合材料具有优异的机械强度、导电性和热导性能，已经在航空航天、汽车制造、电子设备等领域得到了广泛的应用。
随着石墨烯制备技术的不断进步，相信石墨烯复合材料在未来会有更广阔的发展空间，为各个领域带来更多的创新和突破。
石墨烯材料在各个领域应用的进展
石墨烯材料在各个领域应用的进展1复合材料石墨烯由于具有极高的力学性能和电学性能，在作为聚合物基体的加强功能化添加剂方面被认为据有广泛的讨论前景。
2023年美国西北大学的Stankovich和RuofjF等人在Nature上报道了薄层石墨烯．聚苯乙烯纳米复合材料。
该讨论小组首先使用苯基异氰酸酯对完全氧化的石墨烯进行化学亲油改性，使之剥离和分散在有机溶剂中。
剥离的石墨烯均匀分散在聚苯乙烯溶液中，加入少量还原剂即可恢复石墨片层的导电性。
在还原过程中，聚苯乙烯的存在有效地阻拦了石墨纳米片层的聚集，这是该方法成功的关键。
该复合材料具有较低的渗阀值，在0.1％的体积分数下即可以导电，1％体积分数下导电率可达0.1Sm—1，可广泛应用于电子材料。
氧化态石墨烯只有在还原情况下才能发挥其优异的电学和力学行能，为了解决氧化石墨烯原位还原制备复合材料过程团聚现象的发生，加添石墨烯在各种聚合物单体中的浸润性，Stankovich利用苯乙烯磺酸钠包覆氧化态石墨烯，降低了石墨烯之间的接触面积，从而阻拦其在还原过程中不可逆自聚。
Haddon所领导的小组制备了石墨烯．环氧树脂纳米材料。
首先制备石墨烯的丙酮分散液，与环氧树脂均匀混合固化后得到复合材料。
热导率测试表明厚度小于2nm的石墨烯片特别适合作为环氧树脂的填料，在添加量达到25％时，热导率可以提升3000％，达6.44WmoKl。
复合材料杰出的热导性能重要由石墨烯的二维单原子层结构，高的纵横比，硬度和低的热界面阻力。
但该方法使用了溶剂，使得在所得复合材料中有显现微纳孔洞的可能。
石墨烯的添加不仅有利于聚合物基体电性能，热传导性能的改善，对于提高玻璃化变化温度，复合材料力学性能也具有重点意义。
Ruoff和Aksay等人在聚丙烯腈及聚甲基丙烯酸甲酯中加入仅1％及0.05％的石墨烯纳米片后，发觉他们的玻璃化变化温度提升30℃，此外包括杨氏模量，拉伸强度，热稳定性等一系列力学及热学性质得到提高。
石墨烯制成的超级电容器将取代电池
俄亥俄州代顿市Nanotek Instruments公司新研制的石墨烯超级电容器，单位质量可储存的能量相当于镍氢电池，打破了世界纪录，而且充电或放电只需要短短几分钟、甚至几秒钟，有望取代电池。
相关研究论文发表在Nano Letter上。
该超级电容器电极的制备采用了石墨烯，混合5%的超级P(一种乙炔黑，作用相当于导电添加剂)和10%的聚四氟乙烯(PTFE)结合剂。
研究人员把产生的悬浮液涂在集电器表面，把硬币大小的电容器安装在隔离箱里。
电解质-电极界面的制备，采用了“Celguard隔膜-3501”，而电解液是一种化学品，叫做EMIMBF4。
该公司对硬币大小超级电容器的测试表明，石墨烯电极的超级电容器的能量密度为85.6 Wh/kg，而镍氢电池和锂离子电池分别为40-100 Wh/kg和120 Wh/kg，这是有史以来基于碳纳米材料的双电层超级电容器所达到的最高值。
研究小组成员还包括来自Angstron材料研究所的科学家，他们正在努力工作以进一步提高超级电容器的能量密度。
电容器电极材料研制方面取得系列进展。
超级电容器是介于传统物理电容器和电池之间的一种新型储能器件，具有绿色环保、充电时间短、使用寿命长和工作温度范围宽等优点，其核心部件是性能优异的电极材料。
石墨烯片（GS），作为一种新型的碳材料，具有良好的导电性和大的比表面积，预计将其作为超级电容器的电极材料具有广阔的应用前景。
但是纯石墨烯表面缺少功能基团导致其很难与其它材料复合或在器件上进行组装，从而限制了其深入应用。
因此，对石墨烯表面进行化学修饰以便于获得各种功能复合材料是当前研究的一个热点。
图1：不同PANi含量的PSS-GS/PANi“纸”电极（左）和PSS-GS与PANi纳米纤维之间的静电吸附示意图（右）图2 ：PSS-GS与二氧化锰在基底上的层层自组装示意图固体润滑国家重点实验室研究人员利用化学修饰后的石墨烯（PSS-GS）与聚苯胺（PANi）纳米纤维之间的静电吸附作用，制备了PSS-GS/PANi 复合材料胶体溶液，然后抽虑成膜得到了柔性的PSS-GS/PANi复合“纸”电极材料。
氧化石墨烯_聚苯胺纳米复合材料的制备_表征及其潜在应用_马兴法
氧化石墨烯/聚苯胺纳米复合材料的制备、表征及其潜在应用 马兴法1, 2∗ 郑静 1 贺笑春 1 高明军1 李光3(1烟台大学环境/材料学院, 山东，烟台264005, 2浙江大学硅材料国家重点实验室, 浙江，杭州310027, 3浙江大学工业控制技术国家重点实验室, 浙江，杭州310027)摘要氧化石墨烯、导电聚苯胺是重要的多功能材料，在高能量的锂电池、超级电容器、催化、太阳能电池、化学传感、生物传感等领域有着较高的研究价值和潜在应用。
本文采用化学氧化法制得了氧化石墨烯，之后利用原位聚合途径合成了氧化石墨烯/导电聚苯胺纳米复合材料。
采用透射电镜（TEM）,原子力显微镜(AFM)，红外光谱(FTIR)，UV-Vis，X-射线衍射（XRD）等进行了相应表征。
为考察氧化石墨烯、氧化石墨烯/导电聚苯胺纳米复合材料的表面、界面特性，便于开发性能优异的纳电子器件，用所合成的纳/微米结构材料及其复合材料构筑了QCM结构化学传感器原型器件，对器件的吸附响应特性进行了对比考察。
探讨了存在的不足，并提出了一些改进的建议。
关键词: 氧化石墨烯； 纳米复合材料；表面与界面特性；吸附响应；化学传感Praparation, Characterizations, and Its Potential Applications of PANi/ Graphene Oxide Nanocomposite Xingfa Ma 1, 2*, Jing Zheng1, Xiaochun He1, Mingjun Gao1, and Guang Li3（1School of Environmental and Material Engineering, Yantai University, 264005, Yantai, 2State Key Laboratory of Silicon Materials, Zhejiang University, 310027, Hangzhou, 3National Laboratory of Industrial Control Technology, Institute of Advanced Process Control, Zhejiang University, 310027,Hangzhou）AbstractGraphene oxide (GO), nano/micro-structured polyaniline (PANi) are some typical important functional materials, which have many applications in lithium ion battery with high energy, supercapacitor, catalysts, solar cells, nanodevices, chemical sensors, biosensors and biomedical fields. In this paper, GO was obtained by using chemical oxidation method at room temperature, and nano/micro-structured GO/PANi composite was prepared with in-situ polymerization of aniline in the presence of GO suspension. A series of characterizations were examined by TEM (transmission electron microscopy), AFM (Atomic Force Microscope), XRD (X-ray diffraction), the Fourier-Transform Infrared (FTIR) spectra, UV-Vis, et al. To examine the surface and interface properties of GO, GO/PANi nanocomposite, chemical prototype sensors were constructed based on GO, GO/PANi nanocomposite and QCM device. The comparative response behaviors of the sensor to some typical volatile compounds operating at room temperature were investigated. The adsorption features to some typical volatile compounds were discussed. Some key issues and modification ideas were suggested for further investigation.Keywords: Graphene oxide (GO); Nanocomposites; Surface and Interface Features; Adsorption Response; Chemical sensors作者简介：马兴法，男，工学博士，副教授，从事有机-无机复合功能材料及器件性能研究； e-mail address: xingfamazju@。
石墨烯掺杂聚苯胺导电复合材料的研究进展
石墨烯掺 杂聚苯胺 导 电复合材料 的研 究进展
何 小芳 ， 何 元杰 ， 王旭 华 ， 黄 丽娜 ， 王 优 ， 曹新鑫
【 １ ． 河南理工大学材料科学与工程学院 ， 河南焦作 ４ ５ ４ ０ ０ ０； ２ ． 中国兵器工业集 团第五三研究所 ， 济南 ２ ５ ０ ０ ３ １ ； ３ ． 环境友好型无机材料河
南省高校 （ 河南省 ） 重点实验室培育基地， 河南焦作 ４ ５ ￣０ ０ ０ １
摘要 ： 主要分析 原位 聚合 法、 间接化 学聚合 法和 阳极 电位 聚合 法等 不 同石墨烯掺 杂方法对石 墨烯掺 杂聚苯胺复 合材料性 能的影响 ， 同时探讨 了异 丙醇溶 液、 酸和碱 等不 同环境 中复合 材料的导 电特 性 ， 并 综述 了不 同含量 、 形状及
第４ １卷， 第 １ １ 期
２ ０ １ ３年 １ １ 月
１
．
１ ０ ７
ＥＮＧＩ ＮＥＥ ＲＩ ＮＧ Ｐ Ｌ ＡＳ ＴＩ ＣＳ ＡＰＰ ＬＩ ＣＡＴＩ ＯＮ
。
ｄ ｏ ｉ ： ｌ Ｏ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ １ － ３ ５ ３ ９ ． ２ ０ １ ３ ． １ １ ． ０ ２ ５
氧化或磺化处理的石墨烯掺 杂聚苯胺 复合材料 。最后 对石 墨烯掺 杂聚苯胺 导电性研 究的发展进 行展 望。 关键词 ： 石墨烯 ； 聚苯胺 ； 掺杂； 导电性 中图分类号 ： ０６ ３ ３ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ １ － ３ ５ ３ ９ （ ２ ０ １ ３ ） １ １ — ０ １ ０ ７ — ０ ４
Ｈｅ Ｘ ｉ ａ ｏ ｆ ａ ｎ ｇ ， Ｈ ｅ Ｙ ｕ ａ ｎ ｊ ｉ ｅ ， Ｗａ ｎ ｇＸ ｕ ｈ ｕ ａ ， Ｈｕ ａ ｎ ｇＬ ｉ ｎ ａ ， Ｗａ ｎ ｇ Ｙ ｏ ｕ ， Ｃ ａ ｏＸｉ ｎ ｘ ｉ ｎ ，
石墨烯_聚苯胺复合材料的制备及其电化学性能_王宏智
[Article]物理化学学报(Wuli Huaxue Xuebao )Acta Phys.-Chim.Sin.2013,29(1),117-122January Received:August 24,2012;Revised:October 22,2012;Published on Web:October 24,2012.∗Corresponding author.Email:zwg@;Tel:+86-22-27402251.The project was supported by the Natural Science Foundation of Tianjin,China (11JCYBJC01900).天津市自然科学基金(11JCYBJC01900)资助项目ⒸEditorial office of Acta Physico-Chimica Sinicadoi:10.3866/PKU.WHXB 201210234石墨烯/聚苯胺复合材料的制备及其电化学性能王宏智高翠侠张鹏姚素薇张卫国*(天津大学化工学院杉山表面技术研究室,天津300072)摘要:以苯胺和氧化石墨烯(GO)为原料,采用电化学方法制备了石墨烯/聚苯胺(GP)复合材料.利用X 射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、拉曼(Raman)光谱、X 射线光电子能谱分析(XPS)对其结构、微观形貌进行了表征,并对复合材料电化学性能进行了测试.结果表明,复合材料保持了石墨烯的基本形貌,聚苯胺颗粒均匀地分散在石墨烯表面,复合材料在500mA ·g -1的电流密度下比电容达到352F ·g -1,1000mA ·g -1下比电容为315F ·g -1,经过1000次的充放电循环后容量保持率达到90%,远大于石墨烯和聚苯胺单体的比电容.复合材料放电效率高,电解质离子易于在电极中扩散和迁移.关键词:石墨烯;聚苯胺;复合;电化学制备;性能中图分类号:O646Synthesis and Electrochemical Performance of Graphene/PolyanilineWANG Hong-ZhiGAO Cui-XiaZHANG PengYAO Su-WeiZHANG Wei-Guo *(Shan Shan Research Office of Surface Technology,College of Chemical Engineering,Tianjin University,Tianjin 300072,P .R.China )Abstract:Graphene/polyaniline composites (GP)were prepared from aniline and graphite oxide using an electrochemical method.The structure characterization and surface morphology were investigated using X-ray diffraction (XRD),scanning electron microscopy (SEM),Raman spectroscopy,and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS),and its electrochemical properties were measured.The results show that the composite keeps the basic morphology of graphene and that the polyaniline particles are uniformly dispersed.The specific capacitances of the composite materials reach 352and 315F ·g -1at 500and 1000mA ·g -1,respectively,higher than those of graphene and polyaniline.The majority (90%)of the capacitance remains after 1000cycles of charge and recharge at 1000mA ·g -1.The composite shows potential for use in supercapacitors.Key Words:Graphene;Polyaniline;Composite;Electrochemical preparation;Property1引言石墨烯(ERGO (electrochemically reducedgraphite oxide))以其优异的电学、力学和热学性质,成为储能材料领域研究的热点.1,2通过表面修饰可使石墨烯基材料具有良好的功率特性、较高的能量密度和良好的电化学稳定性,在超级电容器电极材料方面有很好的应用前景.2-8Li 等9通过静电排斥的方法得到氧化石墨烯(GO)的稳定分散液,然后用插层法将制备好的聚苯胺(PANI)纳米纤维嵌入到石墨烯各层之间,制备出了石墨烯/聚苯胺纳米纤维插层复合材料,其比电容、拉伸强度和循环性能相对于单纯的聚苯胺纳米纤维都要优异.Xu 等10在苯胺的酸性溶液中以石墨烯为基体采用原位氧化聚合的方法得到了垂直生长于石墨烯表面的聚苯胺纳米117Acta Phys.⁃Chim.Sin.2013V ol.29纤维复合物,这种材料体现出了良好的协同作用,因此比电容和充放电循环稳定性能都比单纯的石墨烯和聚苯胺要更为出色.电化学方法可在更小的尺度上控制纳米材料的生长,进而得到结构更为精细的石墨烯复合材料.11,12本文利用改进的Hummers法13制备氧化石墨烯,经超声分散后与苯胺混合滴涂在ITO导电玻璃上,然后经电化学一步氧化还原得到石墨烯/聚苯胺(GP)复合材料,并对复合材料表面形貌、结构和性能进行了分析研究.此方法制备过程简单,无须使用高强毒性还原剂,制备出的电极材料无需进行产物的分离,可在集流体上直接进行沉积,进而组装成器件,对石墨烯在超级电容器领域的应用进行了有意义的探索.2实验部分2.1石墨烯/聚苯胺薄膜的电化学制备将5mg氧化石墨烯分散在10mL水中,超声2 h得到稳定的棕色氧化石墨烯悬浊液,再向该溶液中加入35mg苯胺(分析纯)单体,超声0.5h,得到氧化石墨烯/苯胺混合分散液.用微量注射器将其滴涂在预处理过的1cm×1cm ITO导电玻璃表面,晾干得到氧化石墨烯/苯胺复合电极.采用同样的方法制备不加苯胺单体的氧化石墨烯电极.采用三电极体系,利用循环伏安(CV)法在电化学工作站一步制得石墨烯与石墨烯/聚苯胺复合材料.工作电极分别为氧化石墨烯电极和氧化石墨烯/苯胺复合电极,辅助电极为钌钛网,参比电极为饱和甘汞电极(SCE),电解液为1mol·L-1H2SO4,电位扫描范围为-1.3-1.0V,扫描速率为50mV·s-1,所制备的石墨烯/聚苯胺复合材料中石墨烯含量为12.5%(w).作为对比的聚苯胺也采用循环伏安法,电解液中苯胺浓度为0.25mol·L-1,硫酸(分析纯)浓度为0.25mol·L-1,pH为2-3.扫描范围为-0.2-0.9V,辅助电极为钌钛网,参比电极为SCE,研究电极为ITO导电玻璃.2.2石墨烯/聚苯胺薄膜的表征及性能测试采用美国FEI公司的Nanosem430型扫描电子显微镜(SEM)和荷兰Philips公司的Tecnai G2F20型透射电子显微镜(TEM)对GP进行形貌观察.采用美国热电公司的DXR Microscope激光显微拉曼光谱仪、美国Perkin-Elmer PHI-1600X射线光电子能谱仪、荷兰PANAlytical公司XʹPert X射线衍射仪对GP进行结构及成分分析.CHI660电化学工作站,上海辰华公司,测试GP(作为研究电极)在1mol·L-1H2SO4中的电化学活性,参比电极为SCE,辅助电极为钌钛网.3结果与讨论3.1石墨烯/聚苯胺复合薄膜的形成机理图1是一步法合成石墨烯/聚苯胺复合材料的循环伏安曲线.在第一圈扫描中从0.4V开始有明显的阳极电流,并且在0.6V处产生一小的电流峰,此电流峰对应于苯胺的氧化聚合.14随着扫描圈数的增加,氧化电流峰逐渐降低并消失;在第一圈扫描中从-0.5V开始有明显阴极电流,并且在-0.9V处产生阴极电流峰,对应于氧化石墨烯片层表面和边缘含氧官能团的还原过程,15-17随着循环次数的增加,这一阴极电流峰逐渐减小并最终消失.氧化还原过程同时伴随着电极颜色由黄到黑的变化,这也印证了氧化石墨烯被还原为石墨烯.3.2石墨烯/聚苯胺复合薄膜的结构表征图2为氧化石墨烯、石墨烯及石墨烯/聚苯胺复合材料的X射线衍射图.氧化石墨烯在2θ约为11.6°附近有一个对应于氧化石墨烯(001)晶面的较强的衍射峰.石墨烯与石墨烯/聚苯胺复合材料在2θ为26.0°附近均出现一个较弱的漫峰,对应于石墨烯的特征峰,18该漫峰可能是由于石墨烯片层之间无规则搭接的结果.图中右上角为石墨烯/聚苯胺复合材料局部放大图,2θ为22.0°左右的峰应该对应于无定形的聚苯胺,25.0°左右的峰可能是聚苯胺的结晶峰,这与文献19-21报道的聚苯胺的特征峰相吻合,可以证实复合材料中聚苯胺的存在.图3为氧化石墨烯、石墨烯和石墨烯/聚苯胺复图1制备的石墨烯/聚苯胺(GP)复合材料的循环伏安曲线Fig.1Cyclic voltammogram(CV)curves of the prepared graphene/polyaniline(GP)composite material118王宏智等:石墨烯/聚苯胺复合材料的制备及其电化学性能No.1合材料的拉曼光谱.氧化石墨烯在1348cm -1处的D 峰和1588cm -1处的G 峰经过电化学还原后分别移动到了1355和1594cm -1处,对应于石墨烯的D 峰与G 峰.石墨烯/聚苯胺复合材料在1348、1600和2700cm -1处存在拉曼特征峰,分别对应于石墨烯的D 峰与聚苯胺C ―N +键的相互作用、石墨烯的G 峰与聚苯胺上C ―C 键的相互作用和石墨烯的2-D 峰,22其D 峰与G 峰的强度比要高于石墨烯,表明复合材料的无序度增加,这可能是由于聚苯胺和石墨烯片层强烈的相互作用造成的.在聚苯胺中,醌/苯环C ―H 键的特征峰由于石墨烯与聚苯胺之间的相互作用,从1167cm -1移动到1177cm -1处,8也说明在石墨烯/聚苯胺复合材料中苯胺上的醌环与石墨烯上碳环之间的相互作用十分显著.图4为石墨烯/聚苯胺复合材料的XPS 谱图.从碳谱中可以看出,氧化石墨烯经电化学还原后,在其表面仍残留有微量含氧官能团,23而氮谱中N +*/N 的高比例说明了复合材料中聚苯胺的掺杂程度很高.24聚苯胺的导电性和它的掺杂程度密切相关,因此石墨烯/聚苯胺复合材料具备良好的导电性.从SEM 照片(见图5)中可以观察到,宏观上石墨烯/聚苯胺复合材料保持了石墨烯的褶皱形貌,聚苯胺较均匀地分散在石墨烯片层上.可以推测,氧化石墨烯与苯胺发生了原位吸附,随后苯胺在石墨烯表面原位聚合.图2氧化石墨烯、石墨烯与石墨烯/聚苯胺复合材料的XRD 图谱Fig.2XRD patterns of graphene oxide (GO),graphene (ERGO (electrochemically reduced graphite oxide)),andGP composite material(a)GO;(b)ERGO;(c)GP;the inset shows the enlargement of(c).图3GO 、ERGO 和GP 复合材料的拉曼光谱Fig.3Raman spectra of GO,ERGO,and GPcomposite material(a)GO;(b)ERGO;(c)GP图4GP 复合材料薄膜的XPS 谱图Fig.4XPS spectra of GP composite material film(a)C 1s spectrum;(b)N 1sspectrum图5ERGO 和GP 复合材料的SEM 图Fig.5SEM images of ERGO and GP composite material(a)ERGO;(b)GP119Acta Phys.⁃Chim.Sin.2013V ol.29图6为石墨烯/聚苯胺复合材料的TEM 图,从图中可以看出其边缘石墨烯为单层或少数层,表明在其还原过程中并没有发生大量的团聚现象.而聚苯胺均匀覆盖在石墨烯的表面,这也有利于稳固复合物的结构从而可以在充放电过程中获得比较高的比电容和优异的循环性能.3.3石墨烯/聚苯胺复合薄膜的电容性能测试图7为石墨烯/聚苯胺复合材料、电化学还原的石墨烯以及聚苯胺的循环伏安曲线.图中接近于矩形的为石墨烯的循环伏安曲线,说明其具有很好的双电层电容性能;而石墨烯/聚苯胺复合材料的循环伏安曲线具有明显的氧化还原峰,峰1ʹ对应于聚苯胺还原态的生成,峰1为其对应的还原峰;峰2ʹ则反应了中间氧化态的生成,峰2为其对应的还原峰;峰3ʹ代表完全氧化态聚苯胺的生成,峰3对应于其还原峰,25这也正是其赝电容的主要来源.复合材料与聚苯胺的循环伏安图接近,出峰位置略有偏移,这可能是石墨烯与聚苯胺相互作用的结果.图8为石墨烯/聚苯胺复合材料在不同电流密度下的充放电曲线,当电流密度由500mA ·g -1升到5000mA ·g -1时,复合材料比电容由352F ·g -1降为229F ·g -1,电容保持率近65%,倍率性能较好.从图中曲线可以看出,由于聚苯胺赝电容的存在,提高了复合材料比电容,因此石墨烯/聚苯胺复合材料的充放电曲线与石墨烯不同,并非标准的等腰三角形.图9为石墨烯、聚苯胺、石墨烯/聚苯胺复合材料在500mA ·g -1下充放电曲线及1000mA ·g -1下比电容的循环性能曲线.在500mA ·g -1下,石墨烯/聚苯胺复合材料的比电容(352F ·g -1)远大于石墨烯(143F ·g -1)与聚苯胺(220F ·g -1)的比电容.在1000mA ·g -1下,经1000次充放电过程之后,三者的比电容都在下降后趋于平缓,石墨烯/聚苯胺复合材料比电容的保持率在90%左右,这说明其电化学稳定性优异,与Lu 等26采用化学法制备石墨烯/聚苯胺复合图6ERGO 和GP 复合材料的TEM 图Fig.6TEM images of ERGO and GP composite material(a)GP (low magnification);(b)GP (high magnification);(c)ERGO图7GP 复合材料、聚苯胺(PANI)和ERGO 的循环伏安曲线Fig.7CV curves of GP composite material,polyaniline (PANI),and ERGO(a)GP;(b)PANI;(c)ERGO图8GP 复合材料在不同电流密度下的充放电曲线Fig.8Charge-discharge curves of GP compositematerial at different current densitiesj /(mA ·g -1):(a)500;(b)1000;(c)2000;(d)4000;(e)5000120王宏智等:石墨烯/聚苯胺复合材料的制备及其电化学性能No.1物相比,在1000mA ·g -1下,比电容提高了31F ·g -1.图10为石墨烯、聚苯胺和石墨烯/聚苯胺复合材料在硫酸溶液中的交流阻抗图谱.从图中可以看出,三者的交流阻抗图差别不大.曲线半圆部分的直径代表电荷在电极内的迁移电阻,石墨烯和复合材料内阻比聚苯胺略小,这有利于电解质离子在电极中扩散和迁移.并且三者低频区的直线斜率接近90°,均体现了良好的电容性能.4结论本文利用电化学法制备了石墨烯和石墨烯/聚苯胺复合材料,结构及成分分析结果表明,复合材料中聚苯胺与石墨烯之间产生了相互作用.电化学测试表明,复合材料在1000mA ·g -1的电流密度下比电容达到了315F ·g -1,并且在1000次循环之后容量保持率达到了90%,电化学性能优良.这种方法可在集流体上直接沉积石墨烯和石墨烯/聚苯胺复合材料,继而组装成器件,用于制备超级电容器.References(1)Miller,J.R.;Outlaw,R.A.;Holloway,B.C.Science 2010,329,1637.doi:10.1126/science.1194372(2)Chen,S.M.Preparation of Novel Carbon Materials and Their Application in Electrochemical Field.M.E.Dissertation,Beijing University of Chemical Technology,Beijing,2010.[陈思明.新型石墨材料的制备及其在电化学领域方面的应用[D].北京:北京化工大学,2010.](3)El-Kady,M.F.;Strong,V .;Dubin,S.;Kaner,R.B.Science 2012,335,1326.doi:10.1126/science.1216744(4)Korenblit,Y .;Rose,M.;Kockrick,E.;Borchardt,L.;Kvit,A.;Kaskel,S.;Yushin,G.ACS Nano 2010,4,1337.doi:10.1021/nn901825y (5)Hantel,M.M.;Kaspar,T.;Nesper,R.;Wokaun,A.;Kotz,mun .2011,13,90.doi:10.1016/j.elecom.2010.11.021(6)Vickery,J.L.;Patil,A.J.;Mann,S.Adv.Mater .2009,21,2180.doi:10.1002/adma.v21:21(7)Stoller,M.D.;Park,S.J.;Zhu,Y .W.;An,J.H.;Ruoff,R.S.Nano Lett .2008,8,3498.doi:10.1021/nl802558y(8)Wang,D.W.;Li,F.;Zhao,J.P.;Ren,W.C.;Chen,Z.G.;Tan,J.;Wu,Z.S.;Gentle,L.;Lu,G.Q.;Cheng,H.M.ACS Nano 2009,3,1745.doi:10.1021/nn900297m (9)Li,D.;Muller,M.B.;Gilje,S.;Kaner,R.B.;Wallance,G.G.Nat.Nanotechnol.2008,3,101.doi:10.1038/nnano.2007.451(10)Xu,J.J.;Wang,K.;Zu,S.Z.;Han,B.H.;Wei,Z.X.ACS Nano 2010,4,5019.doi:10.1021/nn1006539(11)Cheng,Q.;Tang,J.;Ma,J.;Zhang,H.;Shinya,N.;Qin,L.C.Carbon 2011,49,2917.doi:10.1016/j.carbon.2011.02.068(12)Zhang,K.;Mao,L.;Zhang,L.L.;Chan,H.S.O.;Zhao,X.S.;Wu,J.S.J.Mater.Chem.2011,21,7302.doi:10.1039/c1jm00007a (13)Hu,Y .J.;Jin,J.;Zhang,H.;Wu,P.;Cai,C.X.Acta Phys.-Chim.Sin.2010,26,2073.[胡耀娟,金娟,张卉,吴萍,蔡称心.物理化学学报,2010,26,2073.]doi:10.3866/PKU.WHXB20100812图9GP 复合材料、ERGO 和PANI 电极在500mA ·g -1下的充放电曲线(A)及1000mA ·g -1下循环性能(B)Fig.9Charge-discharge curves of GP composite material,ERGO,and PANI at 500mA ·g -1(A)and cyclicstability at 1000mA ·g -1(B)(a)ERGO;(b)PANI;(c)GP图10PANI 、GP 复合材料与ERGO 的交流阻抗谱Fig.10Electrochemical impedance spectroscopies ofPANI,GP composite material,and ERGO(a)PANI;(b)GP;(C)ERGO121Acta Phys.⁃Chim.Sin.2013V ol.29(14)Dong,P.;Zhou,J.Z.;Xi,Y.Y.;Cai,C.D.;Zhang,Y.;Zou,X.D.;Huang,H.G.;Wu,L.L.;Lin,Z.H.Acta Phys.-Chim.Sin.2004,20,454.[董平,周剑章,席燕燕,蔡成东,张彦,邹旭东,黄怀国,吴玲玲,林仲华.物理化学学报,2004,20,454.]doi:10.3866/PKU.WHXB20040502(15)Guo,L.H.;Wang,X.F.;Qian,Q.Y.;Wang,F.B.;Xia,X.H.ACS Nano2009,9,2653.(16)Zhou,M.;Wang,Y.L.;Zhai,Y.M.;Zhai,J.F.;Ren,W.;Wang,F.A.;Dong,S.J.Chem.Eur.J.2009,15,6116.doi:10.1002/chem.v15:25(17)Shao,Y.Y.;Wang,J.;Engelhard,M.;Wang,C.M.;Lin,Y.H.J.Mater.Chem.2010,20,743.doi:10.1039/b917975e(18)Liu,J.C.Synthesis and Study on Graphene and Co3O4/Graphene Composite about the Characteristic ofElectrochemistry.M.E.Dissertation,Harbin EngineeringUniversity,Harbin,2011.[刘进程.石墨烯和石墨烯基四氧化三钴复合物的制备及其电化学性能研究[D].哈尔滨:哈尔滨工程大学,2011.](19)Zhang,K.;Zhang,L.L.;Zhao,X.S.;Wu,J.S.Chem.Mater.2010,22,1392.doi:10.1021/cm902876u (20)Majumdar,D.;Baskey,M.;Saha,S.K.Macromolecular RapidCommunications2011,32,1.(21)Yan,J.;Wei,T.;Shao,B.;Fan,Z.J.;Qian,W.Z.;Zhang,M.L.;Wei,F.Carbon2010,48,487.doi:10.1016/j.carbon.2009.09.066(22)Huang,Y.Y.The Research of Interaction of Graphene/Polyanline Composite Interface.M.E.Dissertation,SunYat-Sen University,Guangzhou,2010.[黄赟赟.石墨烯/聚苯胺复合材料界面相互作用研究[D].广州:中山大学,2010.] (23)Chen,L.Y.;Tang,Y.H.;Wang,K.;Liu,C.B.;Luo,S.L.mun.2011,13,133.(24)Wang,H.L.;Hao,Q.L.;Yang,X.J.;Lu,L.D.;Wang,X.Nanoscale2010,2,2164.doi:10.1039/c0nr00224k(25)Wu,K.Z.;Wang,Q.F.;Ma,Z.C.;Duan,X.W.;Li,C.B.;Zhen,X.Y.J.ShaoXing University2010,30,24.[武克忠,王庆飞,马子川,段晓伟,李彩宾,甄晓燕.绍兴文理学院学报, 2010,30,24.](26)Lu,M.;Zhang,K.;Chan,H.S.O.;Wu,J.S.J.Mater.Chem.2012,22,80.doi:10.1039/c1jm12869h122。
《石墨烯-导电聚合物复合材料的制备及其电化学性能的研究》
《石墨烯-导电聚合物复合材料的制备及其电化学性能的研究》石墨烯-导电聚合物复合材料的制备及其电化学性能的研究摘要：本文研究了石墨烯与导电聚合物复合材料的制备方法，并对其电化学性能进行了深入探讨。
通过合理的制备工艺，我们成功制备了具有优异导电性能和电化学稳定性的复合材料。
本文详细描述了实验过程、结果及分析，以期为相关研究提供有益的参考。
一、引言随着科技的发展，石墨烯因其独特的物理和化学性质，在材料科学领域引起了广泛的关注。
石墨烯与导电聚合物的复合材料因其在电化学储能、传感器、电磁屏蔽等领域的潜在应用价值，成为了研究的热点。
本文旨在研究石墨烯/导电聚合物复合材料的制备方法及其电化学性能。
二、实验材料与方法1. 材料准备实验所需材料包括石墨烯、导电聚合物（如聚吡咯、聚苯胺等）、溶剂（如乙醇、水等）以及其他添加剂。
2. 制备方法采用溶液混合法或原位聚合法制备石墨烯/导电聚合物复合材料。
具体步骤包括：将石墨烯与导电聚合物在溶剂中混合，并通过搅拌或超声处理使两者充分混合；然后进行聚合反应，得到复合材料。
三、电化学性能测试通过循环伏安法（CV）、恒流充放电测试、电化学阻抗谱（EIS）等方法，对制备的复合材料进行电化学性能测试。
四、结果与讨论1. 制备结果通过优化制备工艺，我们成功制备了具有良好分散性和导电性能的石墨烯/导电聚合物复合材料。
SEM和TEM结果表明，石墨烯与导电聚合物在纳米尺度上实现了良好的复合。
2. 电化学性能分析（1）循环伏安法（CV）测试：复合材料在充放电过程中表现出稳定的电化学行为，无明显极化现象。
（2）恒流充放电测试：复合材料具有较高的比电容和优异的循环稳定性。
在一定的电流密度下，其比电容随循环次数的增加而略有增加，表现出良好的充放电性能。
（3）电化学阻抗谱（EIS）分析：复合材料的内阻较小，电子传递速度快，表现出优异的电导率和良好的电荷传输能力。
通过分析不同因素（如石墨烯含量、聚合条件等）对电化学性能的影响，我们发现合理的复合比例和制备工艺是获得高性能复合材料的关键。
水可分散性石墨烯-聚苯胺复合物合成初探
马鞍 山
祥
２３０ ） ４ ０ ２
（ 安徽 工业 大 学化 学与化 工 学院 ，安徽
摘 要 ： 以氧化石墨烯（ Ｏ 为模板， Ｇ ） 利用其巨大的比表面积， 将苯胺单体吸附在 Ｇ ０的表面， 制备了氧化石墨烯 一聚苯胺（ Ｇ—
ＰＮ） Ａ Ｉ 复合材料 ， 由于 Ｇ Ｏ表面聚苯胺颗粒 比溶 液中的聚苯胺颗粒 尺寸小 ， 引起 紫外可见 光谱 吸收峰 的蓝移 。实 验证 明 ， 由于 Ｇ Ｏ与 水具有较强 的亲 和力 ， 造成 Ｇ—Ｐ Ｎ 在水 中具有 较好的分散性 。 Ａ Ｉ
聚苯胺是一种具 有特 殊性 能 的有 机 聚合 物 ， 大 的共轭体 较 系使 其 具 有 导 电特 性 ， 此 它 可 以被 广 泛 应 用 于 导 电 涂 料 、 因 电磁 屏蔽、 电化学传 感等 领域 。但 是 由于其 聚合 物链 之 间较强 的氢 键 作用 ， 使得分 子具有刚性 ， 工难 度较大 ； 加 因为它难 溶于 水 ， 在
（ Ｒ） 上 海 国药 集 团 ； 氧 水 （ ０ ， Ｒ） 上 海 国药 集 团 。 Ａ ， 双 ３％ Ａ ， 仪器 ： 紫外光 谱仪 （ ｏｄＳ ｅｔ ｍａ ４ ， 海 棱光 技 术有 Ｇ ｌ ｐ ｃ ｕ ｌ ５ ） 上 ｒ ｂ 限公 司 ； 外 光 谱 仪 ，ｈｒ ｏＮ ｃｌｔ 司 ； 声 器 ， 海 生 析 仪 器 红 Ｔ ｅｍ ｉ ｅ 公 ｏ 超 上 公 司 ； 发 射 扫 描 电 子 显 微 镜 （ Ｅ ＩＩ Ｎ ２ ０ Ｉ Ｃ Ｘ 场 Ｆ ＩＳＲＯ ０ ／Ｎ Ａ Ｏ — Ｆ Ｒ ， 国 Ｆ Ｉ 司／ 国 Ｏ Ｆ Ｒ Ｏ Ｄ） 美 Ｅ公 英 Ｘ Ｏ Ｄ公 司 。
有 机溶剂 （ 如聚乙烯 吡咯烷酮等 ） 溶解 度较 大 ， 符 合环保 例 中 不 的要求 。如果能制备 微米 甚 至纳米 级 ， 同时 又具 有 良好 水可 分 散 性 的 聚 苯 胺 Ｊ必将 使 得 聚 苯 胺 的 应 用 领 域 进 一 步 扩 大 ， 还 ， 且
SnO2还原氧化石墨烯聚苯胺三元复合物的合成及电化学性能吴红英
ＳｎＯ２／还原氧化石墨烯／聚苯胺三元复合物的合成及电化学性能＊吴红英，张海英，张富海，梁鹏举，张亚军，胡中爱（西北师范大学化学化工学院；甘肃省高分子材料重点实验室；生态环境相关高分子材料教育部重点实验室，兰州７３００７０）摘要 采用两步法成功构筑ＳｎＯ２／还原氧化石墨烯／聚苯胺（ＳｎＯ２／ＲＧＯ／ＰＡＮＩ）三元复合材料。
首先制备出均匀分散的ＳｎＯ２／还原氧化石墨烯（ＳｎＯ２／ＲＧＯ）二元复合物，然后再以二元复合物为载体，通过苯胺（Ａｎ）单体的化学氧化聚合获得终端产物。
利用傅里叶红外光谱（ＦＴ－ＩＲ）、Ｘ射线衍射（ＸＲＤ）和场发射扫描电镜（ＦＥＳＥＭ）对复合材料的结构和形貌等物理性质进行表征，利用循环伏安测试、恒电流充放电测试和交流阻抗测试对复合材料的电化学电容性能进行研究，并讨论了ＰＡＮＩ的含量对复合材料的结构和性能的影响。
结果表明，所合成的三元复合材料的比电容随ＰＡＮＩ含量的增加而增大，最大达到４２４．８Ｆ／ｇ，其电容性能的增强源于ＳｎＯ２、ＲＧＯ与ＰＡＮＩ三者的相互协同作用。
关键词 ＳｎＯ２／还原氧化石墨烯／聚苯胺 三元复合物 超级电容器 电化学性能中图分类号：Ｏ６４６ 文献标识码：ＡＳｙｎｔｈｅｓｉｓ ｏｆ ＳｎＯ２／ＲＧＯ／ＰＡＮＩ Ｔｅｒｎａｒｙ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ ａｎｄ ＩｔｓＥｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ＢｅｈａｖｉｏｒｓＷＵ Ｈｏｎｇｙｉｎｇ，ＺＨＡＮＧ Ｈａｉｙｉｎｇ，ＺＨＡＮＧ Ｆｕｈａｉ，ＬＩＡＮＧ Ｐｅｎｇｊｕ，ＺＨＡＮＧ Ｙａｊｕｎ，ＨＵ Ｚｈｏｎｇ’ａｉ（Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ；Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｏｆＧａｎｓｕ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ；Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｅｃｏ－Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ－Ｒｅｌａｔｅｄ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｏｆ Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｌａｎｚｈｏｕ ７３００７０）Ａｂｓｔｒａｃｔ ＳｎＯ２／ＲＧＯ／ＰＡＮＩ ｔｅｒｎａｒｙ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ ｗｅｒｅ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｂｙ ｍｅａｎｓ ｏｆ ａ ｔｗｏ－ｓｔｅｐ ｍｅｔｈｏｄ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｔｈｅｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｏｆ ｗｅｌｌ－ｄｉｓｐｅｒｓｅｄ ＳｎＯ２／ＲＧＯ ａｎｄ ｔｈｅ ｉｎ－ｓｉｔｕ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｏｘｉｄａｔｉｖｅ ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ａｎｉｌｉｎｅ．Ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｅｓ ａｎｄｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｉｎｇ ｐｒｏｄｕｃｔ ｗｅｒｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄ ｂｙ Ｆｏｕｒｉｅｒ ｔｒａｎｓｆｏｒｍ ｉｎｆｒａｒｅｄ（ＦＴ－ＩＲ）ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ，Ｘ－ｒａｙ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ（ＸＲＤ）ａｎｄ ｆｉｅｌｄ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｓｃａｎｎｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ（ＦＥＳＥＭ）．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｂｅｈａｖｉｏｒｓ ｏｆ ｔｈｅｔｅｒｎａｒｙ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ ａｓ ａ ｓｉｎｇｌｅ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｏｆ ｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒｓ ｗｅｒｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ ｂｙ ｃｙｃｌｉｃ ｖｏｌｔａｍｍｏｇｒａｍ（ＣＶ），ｇａｌｖａｎｏｓ－ｔａｔｉｃ ｃｈａｒｇｅ／ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｔｅｓｔｓ ａｎｄ ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｉｍｐｅｄａｎｃｅ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｔｅｒｎａｒｙ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｅｘｈｉｂｉｔ ａ ｍａｘｉｍｕｍ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ ｏｆ ４２４．８Ｆ／ｇ，ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｇｒｅａｔｅｒ ｔｈａｎ ｔｈｅ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ ｏｆ ＳｎＯ２／ＲＧＯ ｂｉｎａｒｙ ｃｏｍ－ｐｏｓｉｔｅｓ．Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ，ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓａｍｐｌｅ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ ｗｉｔｈ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ＰＡＮＩ ｉｎ ｔｈｅ ｔｅｒｎａｒｙ ｃｏｍ－ｐｏｓｉｔｅｓ．Ｔｈｅ ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｓｙｎｅｒｇｙ ｅｆｆｅｃｔ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｔｈｒｅｅ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ｍｉｇｈｔ ｅｎｈａｎｃｅ ｔｈｅ ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ＳｎＯ２／ＲＧＯ／ＰＡＮＩ，ｔｅｒｎａｒｙ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ，ｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒ，ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｂｅｈａｖｉｏｒ ＊国家自然科学基金（２０９６３００９；２１１６３０１７）；甘肃省自然科学基金（０８０３ＲＪＡ００５） 吴红英：女，１９６１年生，高级工程师，主要从事新能源材料研究 Ｔｅｌ：０９３１－７９７１５３３ Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｈｏｎｇａｉ＠ｎｗｎｕ．ｅｄｕ．ｃｎ 超级电容器是一种性能介于二次电池与传统电容器之间的新型储能装置［１］，决定其性能的关键是电极材料，常见的材料有双电层型碳基材料和赝电容型材料（金属氧化物和导电聚合物）。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
石墨烯/聚苯胺材料的应用
石墨烯/聚苯胺复合材料在MFC应用
石墨烯是一种六角形呈蜂窝晶格的单层片状结构的二维 新材料，具有导电能力强、比表面积大、突出的电学、力 学、热力学性能等优点。这使其成为最具潜力的高科技应 用材料，但石墨烯易发生团聚，分散性差，会影响其导电 性能。
将 GR 填充到 PANI 上制成复合材料，PANI 以 π-π键形式均匀分散在 GR 上，这种协同作用可避免 两种材料各自的不足，可较大程度地提高复合材料 的电化学性能。
［5］汪建德、彭同江、鲜海洋等. 三维还原氧化石墨烯/聚苯胺复合材料的制备及. 90-98
［6］何海波、王许云、白立俊等. 石墨烯/聚苯胺复合阳极的制备及在MFC中应 用［J］. 化工学报. 2014，65（6）. 2186-2192
4
4
石墨烯/聚苯胺材料的应用
石墨烯/聚苯胺复合材料在MFC应用 MFC 阳极具有负载微生物、传递电子、底物氧
化等作用，是影响 MFC 产电性能的重要影响因素 之一。选择有潜力的阳极材料以及对其进行改性， 对 MFC 产电能力的提高具有重要的意义。
导电的聚苯胺是一种典型的π电子共轭结构的高 分子聚合物，但PANI 在化学氧化还原过程中体积变化 较大，导致其化学稳定性较差。
MFC
与金属相比，石墨烯/聚苯胺复 合材料作为电磁屏蔽材料具有 低密度、不易腐蚀、易加工等 优点
石墨烯/聚苯胺材料的应用
石墨烯/聚苯胺复合材料在超级电容器电极中的应用
聚苯胺(PANI)作为超级电容器的理想电极材料, 具有制备工艺简单、成本低廉、可逆性好、比容量 高、能进行快速的掺杂与去掺杂过程等一系列优点。 但由于在长时间的充放电循环过程中其结构易出现 溶胀和收缩行为, 导致其循环稳定性较差, 限制了它 的进一步应用, 与碳基材料复合是缓解此缺陷的最佳 途径之一。而作为新型碳材料的石墨烯有着良好的 结构稳定性、强导电性和大比表面积, 被认为是用来 克服PANI结构不稳定性的最佳碳材料之一。
4
02
石墨烯/聚苯胺材料的应用
超级电容器与电池相比具有超 长的循环寿命，可以高速充放 电，具有高功率密度，维护简 单，也更安全。
防腐 涂层
微生物燃料电池（MFC）是 以微生物作为催化剂，以污 水中有机物作为燃料，将燃 料中的化学能转变成电能的 装置。
电磁 屏蔽
超级电 容器
导电聚苯胺水性防腐涂料能够 提高 金属腐蚀电位，快速传导腐蚀过程 中形成的电子，分离阴极和阳极反 应，并在基体表面形成金属钝化层， 减缓金属的腐蚀。Compton 等研 究发现，掺杂低浓度石墨烯的聚苯 乙烯(PS)薄膜对气体阻隔性能优越。
微乳液聚合法制备PANI纳米球 • Preparation of PANI/GO nanostructure
制备 PANI/GO纳米 结构 • Preparation of graphene/PANI composite film
制备石墨烯/PANI复合膜
4
石墨烯/聚苯胺的制备
超级电容器所需的石墨烯聚苯胺材料制备方法 (a)预混PANI团簇(绿色)和石墨 烯薄片(蓝色)与相应的TEM图像。 (b) PANI球体附着在GO的混合 结构SEM图像 (c)层层叠加组装的PANI /GO结 构的SEM图像。 (d)石墨烯/聚苯胺最后组装完 成的图像
4
03
石墨烯/聚苯胺的制备
以制备的氧化石墨凝胶和聚苯胺纳米线为原料, 将二者按一定 的质量比进行混合超声分散, 再以混合分散液为前驱体采用一 步水热法制备得到三维还原氧化石墨烯(RGO)/聚苯胺(PANI) (RGP)复合材料。
4
石墨烯/聚苯胺的制备
超级电容器所需的石墨烯聚苯胺材料制备方法 • Preparation of PANI nanospheres by microemulsion polymerization
［4］Mahbub Hassan，Kakarla Raghava Reddy，Enamul Haque et al . Hierarchical assembly of graphene/polyaniline nanostructures to synthesize free-standing supercapacitor electrode. Composites Science and Technology 2014. 1–8
4
04
引用论文
［1］赵强、吕满庚. 三维有序结构聚苯胺/石墨烯纳米复合材料的制备及其超级电 容器电 中的应用［J］.精细化工.2016，33（6）. 635-642
［2］袁冰清、郁黎明、盛雷梅等.石墨烯/聚苯胺复合材料的电磁屏蔽性能［J］. 复合材料学报.2013，1（30）. 22-26
［3］张兰河、李尧松、王冬等.聚苯胺/石墨烯水性涂料的制备及其防腐性能的研 究［J］.中国电机工程学报.2015，35. 170-176
石墨烯/聚苯胺复合材料
资料搜集： xxxx ppt制作： xxxx 主讲人： xxxx
• 石墨烯/聚苯胺材料的简单介绍 • 石墨烯/聚苯胺材料的应用 • 石墨烯/聚苯胺的制备 • 引用论文
01
石墨烯/聚苯胺材料的简单介绍
聚苯胺( PANI) 作为一种导电高分子，具备质轻、易 合成、良好环境稳定性、生物相容性、快速氧化还原 和电导率可调等优点，在超级电容器、电化学传感器、 电池、热电材料、和电磁屏蔽材料等领域表现出广阔 的应用前景。然而，聚苯胺作为超级电容器的电极材 料虽然具有高的理论比电容，但是长循环快速掺杂脱 掺杂使得聚苯胺骨架膨胀坍塌，结构破坏，电化学性 能下降，在实际应用中受到限制。近年来的研究发现， 将聚苯胺与碳基材料有效复合可以提高比电容和电化 学循环稳定性。特别是结构有序的聚苯胺/石墨烯纳米 复合材料表现出更优异的电化学性能。