《柔性導電高分子/石墨烯基三維組裝體的儲能性質研究》是依託山西大學，由韓高義擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：柔性導電高分子/石墨烯基三維組裝體的儲能性質研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：韓高義
- 依託單位：山西大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
具有三維連續網路結構的柔性輕質導電材料在電容技術中有著重要的套用價值。本項目將利用氧化石墨烯、碳納米管和商用多孔材料為基礎材料，通過組裝法製備自支撐、支撐石墨烯基三維連續組裝體，通過電化學沉積、化學沉積和單體氣相聚合法在組裝體上負載導電聚合物及其複合物，實現電活性物質和炭材料在三維空間的多尺度複合。利用石墨烯的大比表面積提高電活性物質的負載量，利用炭納米管、石墨烯提供的支撐體結構改善導電聚合物的分散性，克服充放電過程中導電高分子體積變化導致的不利因素，同時電活性物質在組裝體上的複合又有利於提高複合材料的機械強度。通過碳材料在充放電過程中的導電穩定性來克服還原態導電高分子導電性能低的缺點，提高電活性物質的利用率，改善材料快速充放電的性能。研究組裝體的宏、微觀結構的調控規律，研究電活性物質與組裝體的作用方式、結構形態、研製出高性能的柔性複合電極材料，闡明複合材料的套用方式，結構與性能間的關係。
結題摘要
用電化學共沉積法在導電玻璃表面沉積了聚吡咯/氧化石墨烯（PPy/GO）、聚3,4-乙烯二氧噻吩/氧化石墨烯(PEDOT/SDS-GO)和PEDOT包裹於多壁納米管表面(MWCNT@PEDOT/PSS)的複合膜。在10mV/s的掃描速率下，PPy/GO複合膜的面電容高達152mF/cm2，但是隨著膜的厚度增加，離子的擴散電阻明顯增加並且隨著掃描速率的增大，膜的比電容也快速減小；PEDOT/SDS-GO複合膜具有花瓣形狀，最佳的複合膜在10mV/s的掃描速率下有79.6mF/cm2的面電容；而MWCNTs@PEDOT/PSS複合膜具有三維的網路結構，聚合物包裹於MWCNT表面，其面電容在5mV/s的掃描速率下為98.1mF/cm2，並且具有非常好的循環穩定性。採用浸漬法製備了MWCNT和石墨烯修飾的海綿和無紡布，然後通過吡咯蒸汽與吸附的氧化劑反應生成負載有聚吡咯的柔性複合物，研究發現在複合材料表面再包裹一層MWCNT會大大增強材料的電容性能。以氧化石墨烯為原料，發展了“羥胺擴散誘導組裝法”，製備了大面積N摻雜石墨烯膜以及大面積多壁炭納米管與石墨烯的複合膜、沉積於基底表面的大面積透明N石墨烯膜及其複合膜以及N摻雜石墨烯纖維氈。研究發現大面積石墨烯膜具有極好的力學性能、極高的導熱性能和較大的導電率，並詳細研究材料其用於超快速電容電極材料的性能；研究了透明N摻雜石墨烯膜厚度與其透光率和導電性能的關係；研究了處理溫度對N摻雜石墨烯纖維氈的表面積、孔結構以及用於電化學電容電極材料的影響。通過氫氧化鉀活化法製備了多孔石墨烯，利用多孔石墨烯構建了負載酶的高效農藥電化學感測器。在磷酸緩衝液中，以高錳酸鉀為原料電沉積法製備了沉積於炭紙基底的二氧化錳及二氧化錳與石墨烯的複合物，研究了複合材料的電容性能，發現在磷酸緩衝液中電沉積，能大大提高二氧化錳的比電容並且摻入石墨烯後，材料的比電容進一步提高。用兩步循環伏安法在導電玻璃FTO表面沉積了具有枝形聚苯胺（PANI）納米線，用作染料敏化太陽能電池（DSSC）的對電極，DSSC的光電轉換效率可達鉑對電極光電轉換效率的97%。以沉積於FTO表面的PANI同時作為光敏劑和空穴傳輸材料，採用注入生成金屬有機鈣鈦礦法製備了全固態鈣鈦礦電池，其光電轉換效率可達到7.34%。採用原位生成法製備金屬有機鈣鈦礦構建了光電轉換效率達10.03%的全固態光伏電池。
