石墨烯负载新型π-共轭聚合物纳米复合电极材料的合成及其超级电容特性

周晓 孙敏强 王庚超

引用本文: 周晓, 孙敏强, 王庚超. 石墨烯负载新型π-共轭聚合物纳米复合电极材料的合成及其超级电容特性[J]. 物理化学学报, 2016, 32(4): 975-982. doi: 10.3866/PKU.WHXB201601281 shu
Citation:  ZHOU Xiao, SUN Min-Qiang, WANG Geng-Chao. Synthesis and Supercapacitance Performance of Graphene-Supported π-Conjugated Polymer Nanocomposite Electrode Materials[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2016, 32(4): 975-982. doi: 10.3866/PKU.WHXB201601281 shu

石墨烯负载新型π-共轭聚合物纳米复合电极材料的合成及其超级电容特性

    通讯作者: 王庚超
  • 基金项目:

    国家自然科学基金项目(51173042) (51173042)

    上海市科委国际合作项目(15520720500)资助 (15520720500)

摘要: 采用γ 射线辐照还原技术获得易分散石墨烯(GNS),并以其为载体,以樟脑磺酸为掺杂剂和软模板,借助化学氧化聚合方法制备出分级孔结构的石墨烯负载聚(1,5-二氨基蒽醌)(GNS@PDAA)纳米复合材料。运用傅里叶变换红外(FTIR)光谱、拉曼光谱(Raman)、原子力显微镜(AFM)、能谱仪(EDS)、场发射扫描电镜(FE-SEM)和电化学测试等手段研究了不同GNS/DAA质量比对GNS@PDAA复合材料的形貌、结构及超级电容特性的影响。研究表明,当DAA/GNS质量比为6/1 时,借助π-π堆叠和网络限域作用,PDAA以20-40 nm纳米颗粒的形式牢固沉积于石墨烯表面,材料内部存在大量10-30 nm尺寸的介孔。该GNS@PDAA复合材料在0.5 A·g-1时呈现最高的比电容(398.7 F·g-1),优异的倍率特性(在50 A·g-1下比电容保持率为71%)和非常好的循环性能(20000 次循环后比电容损失仅为8.3%)。进而证实了GNS@PDAA复合材料所组装的超级电容器具有优异的串并联特性。

English

    1. [1]

      (1) Yang, X.W.; Cheng, C.;Wang, Y. F.; Qiu, L.; Li, D. Science 2013, 341 (6145), 534. doi: 10.1126/science.1239089(1) Yang, X.W.; Cheng, C.;Wang, Y. F.; Qiu, L.; Li, D. Science 2013, 341 (6145), 534. doi: 10.1126/science.1239089

    2. [2]

      (2) Zhai, Y.; Dou, Y.; Zhao, D.; Fulvio, P. F.; Mayes, R. T.; Dai, S.; Adv. Mater. 2011, 23 (42), 4828. doi: 10.1002/adma.201100984(2) Zhai, Y.; Dou, Y.; Zhao, D.; Fulvio, P. F.; Mayes, R. T.; Dai, S.; Adv. Mater. 2011, 23 (42), 4828. doi: 10.1002/adma.201100984

    3. [3]

      (3) Jiang, H.; Lee, P. S.; Li, C. Z. Energy Environ. Sci. 2013, 6 (1), 41. doi: 10.1039/C2EE23284G(3) Jiang, H.; Lee, P. S.; Li, C. Z. Energy Environ. Sci. 2013, 6 (1), 41. doi: 10.1039/C2EE23284G

    4. [4]

      (4) Zhang, F.; Yuan, C. Z.; Zhu, J. J.;Wang, J.; Zhang, X. G.; Lou, X.W. Adv. Funct. Mater. 2013, 23 (31), 3909. doi: 10.1002/adfm.v23.31(4) Zhang, F.; Yuan, C. Z.; Zhu, J. J.;Wang, J.; Zhang, X. G.; Lou, X.W. Adv. Funct. Mater. 2013, 23 (31), 3909. doi: 10.1002/adfm.v23.31

    5. [5]

      (5) Wang, L. L.; Xing, R. G.; Zhang, B.W.; Hou, Y. Acta Phys. -Chim. Sin. 2014, 30 (9), 1659. [汪丽丽, 邢瑞光, 张邦文, 侯渊. 物理化学学报, 2014, 30 (9), 1659.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201406162(5) Wang, L. L.; Xing, R. G.; Zhang, B.W.; Hou, Y. Acta Phys. -Chim. Sin. 2014, 30 (9), 1659. [汪丽丽, 邢瑞光, 张邦文, 侯渊. 物理化学学报, 2014, 30 (9), 1659.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201406162

    6. [6]

      (6) Tang, Q. Q.;Wang, W. Q.;Wang, G. C. J. Mater. Chem. A 2015, 3 (12), 6662. doi: 10.1039/C5TA00328H(6) Tang, Q. Q.;Wang, W. Q.;Wang, G. C. J. Mater. Chem. A 2015, 3 (12), 6662. doi: 10.1039/C5TA00328H

    7. [7]

      (7) Li, X. G.; Li, H.; Huang, M. R. Chem. Eur. J. 2007, 13 (31), 8884. doi: 10.1002/chem.200700541(7) Li, X. G.; Li, H.; Huang, M. R. Chem. Eur. J. 2007, 13 (31), 8884. doi: 10.1002/chem.200700541

    8. [8]

      (8) Suematsu, S.; Naoi, K. J. Power Sources 2001, 97 (SI), 816. doi: 10.1016/S0378-7753(01)00735-2(8) Suematsu, S.; Naoi, K. J. Power Sources 2001, 97 (SI), 816. doi: 10.1016/S0378-7753(01)00735-2

    9. [9]

      (9) Hashmi, S. A.; Suematsu, S.; Naoi, K. J. Power Sources 2004, 137 (1), 145. doi: 10.1016/j.jpowsour.2004.05.007(9) Hashmi, S. A.; Suematsu, S.; Naoi, K. J. Power Sources 2004, 137 (1), 145. doi: 10.1016/j.jpowsour.2004.05.007

    10. [10]

      (10) Gao, M. M.; Yang, F. L.;Wang, X. H.; Zhang, G. Q.; Liu, L. F. J. Phys. Chem. C 2007, 111 (46), 17268. doi: 10.1021/jp074415j(10) Gao, M. M.; Yang, F. L.;Wang, X. H.; Zhang, G. Q.; Liu, L. F. J. Phys. Chem. C 2007, 111 (46), 17268. doi: 10.1021/jp074415j

    11. [11]

      (11) Naoi, K.; Suematsu, S.; Hanada, M.; Takenouchi, H. J. Electrochem. Soc. 2002, 149 (4), A472. doi: 10.1149/1.1456920(11) Naoi, K.; Suematsu, S.; Hanada, M.; Takenouchi, H. J. Electrochem. Soc. 2002, 149 (4), A472. doi: 10.1149/1.1456920

    12. [12]

      (12) Tang, Z. Y.; Xu, G. X. Acta Phys. -Chim. Sin. 2003, 19 (4), 307. [唐致远, 徐国祥. 物理化学学报, 2003, 19 (4), 307.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20030405(12) Tang, Z. Y.; Xu, G. X. Acta Phys. -Chim. Sin. 2003, 19 (4), 307. [唐致远, 徐国祥. 物理化学学报, 2003, 19 (4), 307.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20030405

    13. [13]

      (13) El-Kady, M. F.; Strong, V.; Dubin, S.; Kaner, R. B. Science 2012, 335 (6074), 1326. doi: 10.1126/science.1216744(13) El-Kady, M. F.; Strong, V.; Dubin, S.; Kaner, R. B. Science 2012, 335 (6074), 1326. doi: 10.1126/science.1216744

    14. [14]

      (14) Yang, X.W.; Qiu, L.; Cheng, C.;Wu, Y. Z.; Ma, Z. F.; Li, D. Angew. Chem. Int. Edit. 2011, 50 (32), 7325. doi: 10.1002/anie.v50.32(14) Yang, X.W.; Qiu, L.; Cheng, C.;Wu, Y. Z.; Ma, Z. F.; Li, D. Angew. Chem. Int. Edit. 2011, 50 (32), 7325. doi: 10.1002/anie.v50.32

    15. [15]

      (15) Wu, Q.; Xu, Y. X.; Yao, Z. Y.; Liu, A. R.; Shi, G. Q. ACS Nano 2010, 4 (4), 1963. doi: 10.1021/nn1000035(15) Wu, Q.; Xu, Y. X.; Yao, Z. Y.; Liu, A. R.; Shi, G. Q. ACS Nano 2010, 4 (4), 1963. doi: 10.1021/nn1000035

    16. [16]

      (16) Meng, Y. N.;Wang, K.; Zhang, Y. J.;Wei, Z. X. Adv. Mater. 2013, 25 (48), 6985. doi: 10.1002/adma.v25.48(16) Meng, Y. N.;Wang, K.; Zhang, Y. J.;Wei, Z. X. Adv. Mater. 2013, 25 (48), 6985. doi: 10.1002/adma.v25.48

    17. [17]

      (17) Worsley, M. A.; Pauzauskie, P. J.; Olson, T. Y.; Biener, J.; Satcher, J. H.; Baumann, T. F. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132 (40), 14067. doi: 10.1021/ja1072299(17) Worsley, M. A.; Pauzauskie, P. J.; Olson, T. Y.; Biener, J.; Satcher, J. H.; Baumann, T. F. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132 (40), 14067. doi: 10.1021/ja1072299

    18. [18]

      (18) Wu, X. L.;Wen, T.; Guo, H. L.; Yang, S. B.;Wang, X. K.; Xu, A.W. ACS Nano 2013, 7 (4), 3589. doi: 10.1021/nn400566d(18) Wu, X. L.;Wen, T.; Guo, H. L.; Yang, S. B.;Wang, X. K.; Xu, A.W. ACS Nano 2013, 7 (4), 3589. doi: 10.1021/nn400566d

    19. [19]

      (19) Chien, H. C.; Cheng, W. Y.;Wang, Y. H.; Lu, S. Y. Adv. Funct. Mater. 2012, 22 (23), 5038. doi: 10.1002/adfm.v22.23(19) Chien, H. C.; Cheng, W. Y.;Wang, Y. H.; Lu, S. Y. Adv. Funct. Mater. 2012, 22 (23), 5038. doi: 10.1002/adfm.v22.23

    20. [20]

      (20) Cao, J. Y.;Wang, Y. M.; Chen, J. C.; Li, X. H.;Walsh, F. C.; Ouyang, J. H.; Jia, D. C.; Zhou, Y. J. Mater. Chem. A 2015, 3 (27), 14445. doi: 10.1039/c5ta02920a(20) Cao, J. Y.;Wang, Y. M.; Chen, J. C.; Li, X. H.;Walsh, F. C.; Ouyang, J. H.; Jia, D. C.; Zhou, Y. J. Mater. Chem. A 2015, 3 (27), 14445. doi: 10.1039/c5ta02920a

    21. [21]

      (21) Zhou, H. H.; Han, G. Y.; Xiao, Y. M.; Chang, Y. Z.; Zhai, H. J. J. Power Sources 2014, 263, 259. doi: 10.1016/j.jpowsour.2014.04.039(21) Zhou, H. H.; Han, G. Y.; Xiao, Y. M.; Chang, Y. Z.; Zhai, H. J. J. Power Sources 2014, 263, 259. doi: 10.1016/j.jpowsour.2014.04.039

    22. [22]

      (22) Liu, Y.; Ma, Y.; Guang, S. Y.; Ke, F. Y.; Xu, H. Y. Carbon 2015, 83, 79. doi: 10.1016/j.carbon.2014.11.026(22) Liu, Y.; Ma, Y.; Guang, S. Y.; Ke, F. Y.; Xu, H. Y. Carbon 2015, 83, 79. doi: 10.1016/j.carbon.2014.11.026

    23. [23]

      (23) Lu, X. J.; Dou, H.; Yang, S. D.; Hao, L.; Zhang, F.; Zhang, X. G. Acta Phys. -Chim. Sin. 2011, 27 (10), 2333. [卢向军, 窦辉, 杨苏东, 郝亮, 张方, 张校刚. 物理化学学报, 2011, 27 (10), 2333.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20111022(23) Lu, X. J.; Dou, H.; Yang, S. D.; Hao, L.; Zhang, F.; Zhang, X. G. Acta Phys. -Chim. Sin. 2011, 27 (10), 2333. [卢向军, 窦辉, 杨苏东, 郝亮, 张方, 张校刚. 物理化学学报, 2011, 27 (10), 2333.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20111022

    24. [24]

      (24) Liu, H. Y.; Zhang, G. Q.; Zhou, Y. F.; Gao, M. M.; Yang, F. L. J. Mater. Chem. A 2013, 1 (44), 13902. doi: 10.1039/c3ta13600k(24) Liu, H. Y.; Zhang, G. Q.; Zhou, Y. F.; Gao, M. M.; Yang, F. L. J. Mater. Chem. A 2013, 1 (44), 13902. doi: 10.1039/c3ta13600k

    25. [25]

      (25) Sun, M.;Wang, G. C.; Yang, C. Y.; Jiang, H.; Li, C. Z. J. Mater. Chem. A 2015, 3 (7), 3880. doi: 10.1039/C4TA06728B(25) Sun, M.;Wang, G. C.; Yang, C. Y.; Jiang, H.; Li, C. Z. J. Mater. Chem. A 2015, 3 (7), 3880. doi: 10.1039/C4TA06728B

    26. [26]

      (26) Hummers, W. S.; Offeman, R. E. J. Am. Chem. Soc. 1958, 80 (6), 1339. doi: 10.1021/ja01539a017(26) Hummers, W. S.; Offeman, R. E. J. Am. Chem. Soc. 1958, 80 (6), 1339. doi: 10.1021/ja01539a017

    27. [27]

      (27) Sun, M.;Wang, G. C.; Li, X.W.; Li, C. Z. J. Power Sources 2014, 245, 436. doi: 10.1016/j.jpowsour.2013.06.145(27) Sun, M.;Wang, G. C.; Li, X.W.; Li, C. Z. J. Power Sources 2014, 245, 436. doi: 10.1016/j.jpowsour.2013.06.145

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  0
  • 文章访问数:  538
  • HTML全文浏览量:  77
文章相关
  • 发布日期:  2016-01-28
  • 收稿日期:  2015-12-02
  • 网络出版日期:  2016-01-28
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章