PAA模板法制备PANI有序纳米阵列及其在电化学电容器中的应用

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聚苯胺(PANI)是最具应用前景的超级电容器电极材料之一,通过多孔阳极氧化铝(PAA)模板制备一维纳米PANI,将进一步扩大其应用范围。本文在制备不同形貌PAA模板的基础上,通过电化学聚合,成功制备出一维纳米结构的PANI,并进行了电化学性能的分析。首先,本文分别在草酸和磷酸水溶液中制备出了PAA模板,并对比分析了阳极氧化条件对PAA模板的影响。结果表明:在草酸溶液中的恒流高场阳极氧化可以快速制备直孔道的PAA模板,且通过二次氧化可以进一步提高模板的规整性;磷酸溶液中高压(200V或160V)阳极氧化制备的PAA模板具有更大的孔间距,但规整性较差;磷酸溶液中低压(60V)阳极氧化可制备出孔道呈锯齿状的PAA模板。另外,本文还研究了PAA模板阻挡层的去除和剥离工艺,结果表明通过阶梯降压法和本文首次提出的双层复合铝箔氧化法均可实现。其次,本文研究了普通PANI膜的电化学合成工艺,并分析了其形貌和电化学性能。结果表明:循环伏安(CV)法和恒压法均可制备PANI,且微观形貌相同,但制备时间过久的PANI,将由于严重的动力学弛豫而导致性能劣化。PANI在不同电解液中的性能测试结果表明,PANI具有电容性能的前提是必须有质子存在,在中性电解液中PANI仍可表现出一定的电容性能,但不断衰减,不过可以通过再次酸掺杂使性能恢复,碱性电解液对PANI结构具有不可逆的破坏作用。最后,本文分别采用不锈钢复合法及原位镀金法,在草酸模板和高压(160V)磷酸模板中制备出一维纳米PANI,但在高压(200V)磷酸模板和低压磷酸模板中未能制备成功,前者是由于模板阻挡层未能去除,后者是由于模板本身支撑性能较差。对一维纳米PANI的电化学性能测试结果表明:相较于普通PANI膜,一维纳米PANI具有更低的动力学弛豫,更高的比电容、能量密度和功率密度,以及更低的电荷转移电阻,因此一维纳米PANI在电化学电容器领域将有更广阔的应用前景。
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