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：Ａ

Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ　ｏｆ　ＳｎＯ２／ＲＧＯ／ＰＡＮＩ　Ｔｅｒｎａｒｙ　

Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ　ａｎｄ　ＩｔｓＥｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ　

ＢｅｈａｖｉｏｒｓＷＵ　Ｈｏｎｇｙｉｎｇ，ＺＨＡＮＧ　Ｈａｉｙｉｎｇ，ＺＨＡＮＧ　Ｆｕｈａｉ，ＬＩＡＮＧ　Ｐｅｎｇｊ

ｕ，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：ｚｈｏｎｇ

ａｉ＠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）。超级电容器电极材料的设计，常常是将双电层型材料和赝电容型材料通过适当途径进行复合，

以期充分发挥不同材料的优势，取得两种电容行为间的正协同作用，从而提高整体综合性能。目前，除二元复合物的研究之外，碳材料与金属氧化物和导电聚合物形成的三元复合电极材料也越来越受到人们的关注

［２］

。一般，三元复合材料能够集

合单一组分的优点，从而具备更加优越的性能。Ｈｏｕ等［３］

制

备了三元复合物ＭｎＯ２

／ＣＮＴ／导电聚合物，获得了４２７Ｆ／ｇ的比电容。Ｓｉｖａｋｋｕｍａｒ等［４］

通过化学氧化法合成了ＣＮＴ

／ＰＰｙ／ＭｎＯ２，测得其在１ｍｏｌ／Ｌ　Ｎａ２ＳＯ４溶液中的比电容为

２８１Ｆ／ｇ

。靳瑜等［５］

通过电化学方法制备了ＣＮＴ／ＰＡＮＩ／ＧＲ，测得０．５Ａ／ｇ时比电容为４１５Ｆ／ｇ

。石墨烯作为一种新型碳材料，因具有良好的电荷传输性能和超高的表面积，

在新型复合材料方面受到广泛关注。ＳｎＯ２作为一种过渡金属氧化物，因其廉价和环境友好等特性而具有特殊的应用价值，在超级电容器和锂离子电池中得到广泛应用。ＰＡＮＩ作为一种典型的共轭高分子聚合物，通过ｐ型掺杂获得导电性能，因其原料便宜、合成简便、使用温度范围宽、化学稳定性能好，以及较高的赝电容储能特性和

·４５·材料导报Ｂ：研究篇 ２

０１２年１１月（下）第２６卷第１１期