具有微纳孔结构的石墨烯/二氧化硅/PANI的跨维度制备及电化学性能

The development of new structured electrode material and its controllable preparation novel strategy is a focus direction for supercapacitors. The idea of this project is to build cross-scale micro-nano pore structure and conductive network by assembling two-dimensional graphene, one-dimensional linear polyaniline and zero-dimensional mesoporous silica. The π-π stacking caused by the van der Waals force between graphene layers can be effectively prevented by chemical modifications or assembly of nanomaterials(silica, polyaniline), leading to a better utilization of graphene specific surface area. The formed micropores among different components serves as an "electrolyte ion accumulator buffer pool", mesoporous silica serves as the "diversion channel", and linear polyaniline bridged graphene as "electronic conduction bridge". Thus, both the double layer capacitance and pseudocapacitance of the composite can be made fully use of. The regulatory method of microstructures is clarified for the ternary composite,which has a three dimensional conductive network and micro-nano pore structure. The electrochemical performances are investigated systematically, and the relationship between microstructures and electrochemical performances is revealed. This project provides theoretical and experimental basis for this class of materials.

发展超级电容器新结构电极材料及可控制备新策略是该领域的重点方向。本项目的设计思想是将二维石墨烯、一维线状聚苯胺（polyaniline, PANI）、零维介孔二氧化硅进行跨维度复合组装，构建跨尺度的微纳孔结构和发达的导电网络。通过化学修饰或纳米材料（二氧化硅、聚苯胺）在石墨烯片层上的组装有效抗衡石墨烯层间的范德华力，防止石墨烯因π-π堆叠而石墨化或以多层形式存在，提高其比表面积利用率。以不同维度材料之间形成的微纳米堆积孔作为电解液离子的"储液缓冲池"，以连续的二氧化硅介孔结构作为 "导流通道"，以桥连在石墨烯片层之间的聚苯胺纳米线作为电子传导桥梁，使复合材料的双电层电容和赝电容均得到最大程度的发挥。阐明具有三维导电网络和微纳孔结构的三组分复合材料微结构的调控规律，系统考察其作为超级电容器电极的电化学储电性能，揭示微结构-电化学储电性能之间的构效关系，为该类材料的研究提供理论和实验基础。

发展新结构石墨烯基聚合物功能复合材料及其制备新策略是当前的重点方向。本项目的设计思想是将二维石墨烯进行跨纬度的纳米二氧化硅修饰后与导电聚苯胺（polyaniline, PANI）和聚硅氧烷（polysiloxane）进行复合组装，构建跨尺度的微纳米新结构和增强的物理化学性能，如电化学性能和机械性能。通过化学修饰或纳米材料（二氧化硅）在石墨烯片层上的组装有效抗衡石墨烯层间的范德华力，防止石墨烯因π-π堆叠而石墨化或以多层形式存在，提高其比表面积利用率。首先，以不同维度材料之间形成的微纳米堆积孔作为电解液离子的“储液缓冲池”，以连续的二氧化硅介孔结构作为 “导流通道”，以桥连在石墨烯片层之间的聚苯胺纳米线作为电子传导桥梁，使复合材料的双电层电容和赝电容均得到最大程度的发挥。其次，通过结构设计和材料制备，获得了形貌可调的石墨烯/二氧化硅材料。调控原料用量制备出了薄片状、树枝状以及超薄三明治状的石墨烯/二氧化硅。研究表明，石墨烯/二氧化硅的微观形貌和结构对其性能起着关键性和决定性作用。其中，薄片状石墨烯/二氧化硅保留了很多石墨烯的特性，相对于石墨烯/PANI(381 F/g and 79%)，石墨烯/二氧化硅对聚苯胺超级电容器电极的比容量(555 F/g)和循环寿命(91%)均有显著提升。超薄三明治状石墨烯/二氧化硅则对聚硅氧烷的拉伸强度（ 7 MPa） 和拉伸模量（3.7 MPa） 性能有明显提升，石墨烯/聚硅氧烷的拉伸强度和拉伸模量仅为 0.4 MPa和 3.7 MPa 。枝状石墨烯/二氧化硅同时显现出电化学和力学增强特性。在此基础上，阐明了具有三维导电网络和微纳孔结构的三组分复合材料微结构的调控规律，系统考察其作为超级电容器电极的电化学储电性能，揭示微结构-电化学储电性能之间的构效关系，为该类材料的研究提供理论和实验基础。

内容获取失败，请点击重试