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聚苯胺是常见的导电聚合物之一,可作为超级电容器的电极材料,具有更高的能量密度,不存在重金属污染问题,但其电阻过大、功率密度低、稳定性较差,而其电性能受掺杂条件影响较大。为解决这些问题,本文采用强富电性的二茂铁衍生物对聚苯胺进行改性,制备新型二茂铁改性聚苯胺,再与石墨烯进行复合,研究该新型导电聚合物及其复合材料的制备方法、结构和性能调控机制。立足分子结构设计,以二茂铁为起始原料,经酰基化、氧化、酰氯反应和酰胺反应等步骤,合成1,1’-二茂铁苯胺(FcA)。采用核磁共振氢谱(1HNMR)、红外光谱(FTIR)和紫外光谱(UV-vis)等表征手段,确定合成单体为目标产物。FcA的电化学活性研究表明其具有良好的电化学活性,受大共轭作用的影响,相比二茂铁的电活性略微下降,但其氧化还原反应的难度也下降,即可逆性得到提升,其氧化还原反应主要受扩散控制,扩散系数D=2.71×10-6cm2/s。以苯胺和自制的双取代二茂铁基苯胺为单体,通过化学氧化法制备主链上含有二茂铁基团的改性聚苯胺[P(FcA-co-ANI)]。采用红外光谱和X射线能谱等手段表征了聚合物的结构,证明P(FcA-co-ANI)已成功制备;采用X射线衍射和扫描电镜分别考察了单体摩尔比例以及引发剂用量对共聚物电化学性能的影响。结果表明,本实验条件下,单体配比为1:4,引发剂用量为20 wt%时,P(FcA-co-ANI)的电化学性能最优,此时比电容为413.1F/g,电导率为1.26 S/cm;其电化学性能优于相同条件下制备PANI。以二茂铁改性聚苯胺[P(FcA-co-ANI)]为有机组份,还原石墨烯(rGO)为无机组份,采用原位化学氧化聚合法,通过控制两个组份的比例,分别制备了P(FcA-co-ANI)和rGO为基体的复合材料,对材料的合成条件进行优化,结果表明:对于P(FcA-co-ANI)基复合材料,混合单体:还原石墨烯为50:2时,获得的复合材料(P2-rGO)在3A/g的电流密度下,比电容达到226.3F/g,电导率为1.82 S/cm,比表面积为48.36 m2/g;对于rGO基复合材料,混合单体:还原石墨烯为50:100时,获得的复合材料(P-rG04)在3A/g的电流密度下,比电容达到351.2 F/g,电导率为6.69 S/cm,比表面积为73.82 m2/g。通过FTIR和UV-vis进行表征,证明两种复合材料已成功制备,借助XRD、SEM和TEM分析,确定了 P(FcA-co-ANI)基复合材料形成均相结构和rGO基复合材料的三维结构。研究了 P2-rGO和P-rG04的电化学性能,结果表明:P-rG04的电化学性能最佳,在0.5A/g的电流密度时比电容达到670.2F/g,1000次循环后的比电容仍为最初始的88.36%,表现出优异的循环稳定性;P2-rGO在0.5A/g的电流密度时,比电容为451.2F/g,到3A/g电流密度的比电容保持率为50.3%,1000次循环的保持率为85.23%。以不同官能团修饰的石墨烯为基体,系统考察不同官能团化对石墨烯以及石墨烯基复合材料结构与性能的影响。合成了氧化石墨烯(GO)、还原石墨烯(rGO)、胺基化石墨烯(NGO)和磺酸化石墨烯(SGO),通过XPS、FTIR等手段分析,表明四种官能团化石墨烯已成功制备,四种石墨烯的电导率值排序为rGO>NGO>SGO>GO。分别以四种石墨烯为基体与P(FcA-co-ANI)复合,制备了氧化石墨烯基复合材料(P-GO)、还原石墨烯基复合材料(P-rGO)、胺基化石墨烯基复合材料(P-NGO)和磺酸化石墨烯基复合材料(P-SGO),XPS、FTIR表征表明四种复合材料已成功制备;BET测试表明,P-SGO的比表面积最大达到83.25 m2/g,而P-NGO、P-rGO和P-GO依次递减;对四种复合材料的电化学性能进行分析,结果表明电导率的排序为P-rGO>P-SGO>P-NGO>P-GO,分别为26.69 S/cm,20.36S/cm,16.78S/cm和7.67S/cm;在1A/g的电流密度下,四种复合材料的比电容的排序为 P-SGO>P-NGO>P-rGO>P-GO,分别为763.8 F/g、632.5 F/g、601.7 F/g和151.2 F/g;循环稳定性研究表明,由于P-SGO复合材料中两相的结合力最强、排列最有序,经1000次循环后,比电容的保有率达到95.59%。