三氧化钼及其与聚苯胺复合材料的制备、表征及电化学性能

【摘要】超级电容器或电化学电容器由于具有功率密度高,充放电速度快,安全性高和循环寿命长等优点成为连接电池和传统电容器的纽带,也被认为是目前最具前景的电化学储能形式,并广泛应用于便携式电子装置和电动汽车等。Mo03是一种非常重要的过渡金属氧化物,由于其资源广泛、价格低廉、对环境友好且电化学性能良好,目前已成为较有发展潜力的超级电容器电极材料。因此,基于M003这种超级电容器材料,我们开展了以下工作：第一部分：以钼粉和双氧水为原料,在冰水浴条件下,制得过氧钼酸溶胶为反应前驱体,接着采用传统的水热法大规模制备a-MoO3纳米带；此外,为了获得结晶度高、形貌均一的M003纳米带,我们探究了反应温度(120-180℃)、反应物浓度(过氧钼酸溶胶浓度：0.125-0.5M)、反应时间(4-24h)对纳米带结构、形貌以及结晶度的影响,实验结果表明反应温度为180℃,反应物浓度为0.25M,反应时间为12h的反应条件下制得的a-MoO3纳米带形貌最均一、结晶度最高,为最佳反应条件。对在此最佳反应条件下制得的a-MoO3纳米带进行电化学性能测试,研究发现其比电容并不是很大,在扫描速率为1mVs-1时,a-MoO3纳米带比电容275Fg-1；电流密度为1Ag-1时,a-MoO3纳米带的比电容为267Fg-1；我们还对其进行了电化学阻抗测试(EIS),得到a-MoO3纳米带的ESR值为11.2Ω,表明a-MoO3纳米带电极材料存在很大的内阻。第二部分：在第一部分的研究基础上,采用最佳反应条件制得的a-MoO3纳米带,通过一种简单的、绿色无污染不添加任何表面活性剂的方法在a-MoO3纳米带表面原位聚合一层导电层PANI,从而大规模制得新型MoO3/PANI一维同轴纳米带,采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱分析(FT-IR)、拉曼光谱分析(Ramanspectroscopy)、热重分析(TG)等表征手段对制得的产物进行表征,证明制得的产物确为聚苯胺包覆a-MoO3的同轴纳米带结构。此外,还对MoO3/PANI同轴纳米带进行了电化学性能,初始的a-MoO3纳米带和纯PANI为对照组,试验表明聚苯胺包覆在a-MoO3表面后形成的同轴纳米带结构,由于二者之间的协同作用,其电化学性能得到显著提高,MoO3／聚苯胺同轴纳米带在扫描速率为1mVs-1时,其比电容高达714Fg-1,而原a-MoO3和纯聚苯胺在相同扫描速率下却分别只有275Fg-1和167Fg-1,同时也明显高于已报道的其它M003和导电高分子复合材料的比电容；电流密度为1Ag-1时,M003/聚苯胺同轴纳米带的比电容为632Fg-1,高于原a-MoO3纳米带(267Fg-1)和纯聚苯胺(259Fg-1)；电化学阻抗测试(EIS)表明M003/聚苯胺同轴纳米带ESR值最小,为1.17Ω,而原a-MoO3纳米带、纯聚苯胺的分别为11.2Ω和8.17Ω；循环稳定性测试表明循环3000圈后,M003/聚苯胺同轴纳米带的保持率为76.7%,具有较好的循环稳定性,优于原a-MoO3纳米带(66.9%)和纯聚苯胺(69.7%)。
【作者】蒋扉然；
【导师】胡俊青；
【作者基本信息】东华大学，材料工程（专业学位），2014，硕士
【关键词】三氧化钼；聚苯胺；原位聚合；同轴纳米带；超级电容器；

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