不同磺酸掺杂聚苯胺的制备及在超级电容器中的应用

林有铖 钟新仙 黄寒星 王红强 冯崎鹏 李庆余

引用本文: 林有铖, 钟新仙, 黄寒星, 王红强, 冯崎鹏, 李庆余. 不同磺酸掺杂聚苯胺的制备及在超级电容器中的应用[J]. 物理化学学报, 2016, 32(2): 474-480. doi: 10.3866/PKU.WHXB201511104 shu
Citation:  LIN You-Cheng, ZHONG Xin-Xian, HUANG Han-Xing, WANG Hong-Qiang, FENG Qi-Peng, LI Qing-Yu. Preparation and Application of Polyaniline Doped with Different Sulfonic Acids for Supercapacitor[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2016, 32(2): 474-480. doi: 10.3866/PKU.WHXB201511104 shu

不同磺酸掺杂聚苯胺的制备及在超级电容器中的应用

    通讯作者: 钟新仙, 李庆余; 钟新仙, 李庆余
  • 基金项目:

    中国博士后科学基金(2014M562499XB) (2014M562499XB)

    国家自然科学基金(U1401246,51474110)资助项目 (U1401246,51474110)

摘要: 以MnO2为氧化剂,采用乳液聚合法,用三种不同的磺酸型表面活性剂制备掺杂聚苯胺(PANI)。通过扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外(FTIR)光谱以及X 射线衍射(XRD)等手段对其结构及形貌进行表征;用所得的掺杂聚苯胺制作电极,组装成对称扣式超级电容器,用循环伏安法(CV)、电化学阻抗(EIS)和恒电流充放电技术进行电化学性能研究。结果表明,磺酸表面活性剂的引入有利于PANI 纳米纤维的形成和分散,掺杂Nafion 的PANI 纤维直径在30-40 nm之间,纤维交织成多孔的疏松结构;当放电电流为0.1 A·g-1时,以PANI-Nafion、PANI-SDS(十二烷基磺酸钠)、PANI-SDBS(十二烷基苯磺酸钠)为电极材料的超级电容器比容量分别为385.3、359.7、401.6 F·g-1,均高于未掺杂PANI 的比容量(235.8 F·g-1);其中,PANINafion的循环稳定性最好,1000次循环后其比容量保持率高达70.7%。

English

    1. [1]

      (1) Wang, L. L.; Xing, R. G.; Zhang, B. W.; Hou, Y. Acta Phys. -Chim. Sin. 2014, 30 (9), 1659. [汪丽丽, 邢瑞光, 张邦文, 侯渊. 物理化学学报, 2014, 30 (9), 1659.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201406162(1) Wang, L. L.; Xing, R. G.; Zhang, B. W.; Hou, Y. Acta Phys. -Chim. Sin. 2014, 30 (9), 1659. [汪丽丽, 邢瑞光, 张邦文, 侯渊. 物理化学学报, 2014, 30 (9), 1659.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201406162

    2. [2]

      (2) Fan, T. J.; Tong, S. Z.; Zeng, W. J.; Niu, Q. L.; Liu, Y. D.; Kao, C. H.; Li, J. Y.; Huang, W.; Min, Y.; Arthur, J. E. Synth. Met. 2015, 199, 79. doi: 10.1016/j.synthmet.2014.11.017(2) Fan, T. J.; Tong, S. Z.; Zeng, W. J.; Niu, Q. L.; Liu, Y. D.; Kao, C. H.; Li, J. Y.; Huang, W.; Min, Y.; Arthur, J. E. Synth. Met. 2015, 199, 79. doi: 10.1016/j.synthmet.2014.11.017

    3. [3]

      (3) Simon, P.; Gogotsi, Y. Nat. Mater. 2008, 7, 845. doi: 10.1038/nmat2297(3) Simon, P.; Gogotsi, Y. Nat. Mater. 2008, 7, 845. doi: 10.1038/nmat2297

    4. [4]

      (4) Zhang, Y.; Feng, H.; Wu, X. B.; Wang, L. Z.; Zhang, A. Q.; Xia, T. C.; Dong, H. C.; Li, X. F.; Zhang, L. S. Int. J. Hydrog. Energy 2009, 34, 4889. doi: 10.1016/j.ijhydene.2009.04.005(4) Zhang, Y.; Feng, H.; Wu, X. B.; Wang, L. Z.; Zhang, A. Q.; Xia, T. C.; Dong, H. C.; Li, X. F.; Zhang, L. S. Int. J. Hydrog. Energy 2009, 34, 4889. doi: 10.1016/j.ijhydene.2009.04.005

    5. [5]

      (5) Brownson, D. A. C.; Kampouris, D. K.; Banks, C. E. J. Power Sources 2011, 196, 4873. doi: 10.1016/j.jpowsour.2011.02.022(5) Brownson, D. A. C.; Kampouris, D. K.; Banks, C. E. J. Power Sources 2011, 196, 4873. doi: 10.1016/j.jpowsour.2011.02.022

    6. [6]

      (6) Tapan, K. D.; Smita, P. Polym. Plast. Technol. Eng. 2012, 51, 1487. doi: 10.1080/03602559.2012.710697(6) Tapan, K. D.; Smita, P. Polym. Plast. Technol. Eng. 2012, 51, 1487. doi: 10.1080/03602559.2012.710697

    7. [7]

      (7) Wang, J. D.; Peng, T. J.; Xian, H. Y.; Sun, H. J. Acta Phys. -Chim. Sin. 2015, 31 (1), 90. [汪建德, 彭同江, 鲜海洋, 孙红娟. 物理化学学报, 2015, 31 (1), 90.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201411202(7) Wang, J. D.; Peng, T. J.; Xian, H. Y.; Sun, H. J. Acta Phys. -Chim. Sin. 2015, 31 (1), 90. [汪建德, 彭同江, 鲜海洋, 孙红娟. 物理化学学报, 2015, 31 (1), 90.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201411202

    8. [8]

      (8) Yang, S.; Xu, G. Y.; Han, J. P.; Bing, H.; Dou, H.; Zhang, X. G.Acta Phys. -Chim. Sin. 2015, 31 (4), 685. [杨硕, 徐桂银, 韩金鹏, 邴欢, 窦辉, 张校刚. 物理化学学报, 2015, 31 (4), 685.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201502022(8) Yang, S.; Xu, G. Y.; Han, J. P.; Bing, H.; Dou, H.; Zhang, X. G.Acta Phys. -Chim. Sin. 2015, 31 (4), 685. [杨硕, 徐桂银, 韩金鹏, 邴欢, 窦辉, 张校刚. 物理化学学报, 2015, 31 (4), 685.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201502022

    9. [9]

      (9) Gnanakan, S. R. P.; Murugananthem, N.; Subramania, A. Polym. Adv. Technol. 2011, 22 (6), 788. doi: 10.1002/pat.1578(9) Gnanakan, S. R. P.; Murugananthem, N.; Subramania, A. Polym. Adv. Technol. 2011, 22 (6), 788. doi: 10.1002/pat.1578

    10. [10]

      (10) Liao, Y.; Gao L.; Zhang, X. H.; Chen, J. H. Mater. Res. Bull. 2012, 47 (7), 1625. doi: 10.1016/j.materresbull.2012.03.047(10) Liao, Y.; Gao L.; Zhang, X. H.; Chen, J. H. Mater. Res. Bull. 2012, 47 (7), 1625. doi: 10.1016/j.materresbull.2012.03.047

    11. [11]

      (11) Peng, H.; Ma, G. F.; Ying, W. M.; Wang, A. D.; Huang, H. H.; Lei, Z. Q. J. Power Sources 2012, 211, 40. doi: 10.1016/j.jpowsour.2012.03.074(11) Peng, H.; Ma, G. F.; Ying, W. M.; Wang, A. D.; Huang, H. H.; Lei, Z. Q. J. Power Sources 2012, 211, 40. doi: 10.1016/j.jpowsour.2012.03.074

    12. [12]

      (12) Gao, L.; Liao, Y.; Zhang, X. H.; Chen, J. H. Chem. J. Chin. Univ. 2013, 34 (2), 2845. [高磊, 廖奕, 张小华, 陈金华. 高等学校化学学报, 2013, 34 (2), 2845.] doi: 10.7503/cjcu20130366(12) Gao, L.; Liao, Y.; Zhang, X. H.; Chen, J. H. Chem. J. Chin. Univ. 2013, 34 (2), 2845. [高磊, 廖奕, 张小华, 陈金华. 高等学校化学学报, 2013, 34 (2), 2845.] doi: 10.7503/cjcu20130366

    13. [13]

      (13) Cong, H. P.; Ren, X. C.; Wang, P.; Yu, S. R. Energy Environ. Sci. 2013, 6, 1185. doi: 10.1039/C2EE24203F(13) Cong, H. P.; Ren, X. C.; Wang, P.; Yu, S. R. Energy Environ. Sci. 2013, 6, 1185. doi: 10.1039/C2EE24203F

    14. [14]

      (14) Graeme, A. S.; Pon, K.; Adam, S. B. J. Power Sources 2011, 196, 1. doi: 10.1016/j.jpowsour.2010.06.084(14) Graeme, A. S.; Pon, K.; Adam, S. B. J. Power Sources 2011, 196, 1. doi: 10.1016/j.jpowsour.2010.06.084

    15. [15]

      (15) David, V.; Pavel, L.; Kimberly, A. S.; Fred, W.; Alan, J. H. Adv. Mater. 2014, 26 (30), 5095. doi: 10.1002/adma.201400966(15) David, V.; Pavel, L.; Kimberly, A. S.; Fred, W.; Alan, J. H. Adv. Mater. 2014, 26 (30), 5095. doi: 10.1002/adma.201400966

    16. [16]

      (16) Xin, G. X.; Wang, Y. H.; Liu, X. X.; Zhang, J. H.; Wang, Y. F.; Huang, J. J.; Zang, J. B. Electrochim. Acta 2015, 167, 254. doi: 10.1016/j.electacta.2015.03.181(16) Xin, G. X.; Wang, Y. H.; Liu, X. X.; Zhang, J. H.; Wang, Y. F.; Huang, J. J.; Zang, J. B. Electrochim. Acta 2015, 167, 254. doi: 10.1016/j.electacta.2015.03.181

    17. [17]

      (17) Mohd, K.; Milton, A. T.; Iuri, S. B.; Vinicius, C. Z.; Jose, J. S.A.; Andre, A. P. Indian J. Mater. Sci. 2013, 2013, 7. doi.org/10.1155/2013/718304(17) Mohd, K.; Milton, A. T.; Iuri, S. B.; Vinicius, C. Z.; Jose, J. S.A.; Andre, A. P. Indian J. Mater. Sci. 2013, 2013, 7. doi.org/10.1155/2013/718304

    18. [18]

      (18) Salma, B.; Salma, G.; Khurshid, A.; Shah, A. A. Synth. Met.2012, 162, 2259. doi: 10.1016/j.synthmet.2012.11.003(18) Salma, B.; Salma, G.; Khurshid, A.; Shah, A. A. Synth. Met.2012, 162, 2259. doi: 10.1016/j.synthmet.2012.11.003

    19. [19]

      (19) Girija, T. C.; Sangaranarayanan, M. V. Synth. Met. 2006, 156, 244. doi: 10.1016/j.synthmet.2005.12.006(19) Girija, T. C.; Sangaranarayanan, M. V. Synth. Met. 2006, 156, 244. doi: 10.1016/j.synthmet.2005.12.006

    20. [20]

      (20) Jan, P.; Jaroslav, S. Polym. Degrad. Stab. 2004, 86, 187. doi: 10.1016/j.polymdegradstab.2004.04.012(20) Jan, P.; Jaroslav, S. Polym. Degrad. Stab. 2004, 86, 187. doi: 10.1016/j.polymdegradstab.2004.04.012

    21. [21]

      (21) Gaikwad, P. D.; Shirale, D. J.; Gade, V. K.; Savale, P. A.; Kharat, H. J.; Kakde, K. P.; Hussaini, S. S.; Dhumane, N. R.; Shirsat, M. D. Bull. Mater. Sci. 2006, 29 (2), 169. doi: 10.1007/BF02704611(21) Gaikwad, P. D.; Shirale, D. J.; Gade, V. K.; Savale, P. A.; Kharat, H. J.; Kakde, K. P.; Hussaini, S. S.; Dhumane, N. R.; Shirsat, M. D. Bull. Mater. Sci. 2006, 29 (2), 169. doi: 10.1007/BF02704611

    22. [22]

      (22) Chen, T.; Dong, C. F.; Li, X. G.; Gao, J. Polym. Degrad. Stab. 2009, 94 (10), 1788. doi: 10.1016/j.polymdegradstab.2009.06.011(22) Chen, T.; Dong, C. F.; Li, X. G.; Gao, J. Polym. Degrad. Stab. 2009, 94 (10), 1788. doi: 10.1016/j.polymdegradstab.2009.06.011

    23. [23]

      (23) Chen, W.; Rakhi, R. B.; Alshareef, H. N. J. Mater. Chem. A 2013, 1, 3315. doi: 10.1039/C3TA00499F(23) Chen, W.; Rakhi, R. B.; Alshareef, H. N. J. Mater. Chem. A 2013, 1, 3315. doi: 10.1039/C3TA00499F

    24. [24]

      (24) Xie, H. G.; Ma, Y. M.; Guo, J. S. Polymer 1999, 40 (1), 261. doi: 10.1016/S0032-3861(98)00224-9(24) Xie, H. G.; Ma, Y. M.; Guo, J. S. Polymer 1999, 40 (1), 261. doi: 10.1016/S0032-3861(98)00224-9

    25. [25]

      (25) Smitha, B.; Sridhar, S.; Animesh, K. J. Membr. Sci. 2005, 259, 10. doi: 10.1016/j.memsci.2005.01.035(25) Smitha, B.; Sridhar, S.; Animesh, K. J. Membr. Sci. 2005, 259, 10. doi: 10.1016/j.memsci.2005.01.035

    26. [26]

      (26) Birgit, S.; Soowhan, K.; Vijayakumar, M.; Yang, Z. G.; Liu, J.J. Membr. Sci. 2011, 372, 11. doi: 10.1016/j.memsci.2011.01.025(26) Birgit, S.; Soowhan, K.; Vijayakumar, M.; Yang, Z. G.; Liu, J.J. Membr. Sci. 2011, 372, 11. doi: 10.1016/j.memsci.2011.01.025

    27. [27]

      (27) Kim, B. C.; Ko, J. M.; Wallace, G. G. J. Power Sources 2008, 177, 665. doi: 10.1016/j.jpowsour.2007.11.078(27) Kim, B. C.; Ko, J. M.; Wallace, G. G. J. Power Sources 2008, 177, 665. doi: 10.1016/j.jpowsour.2007.11.078

    28. [28]

      (28) Huang, Y. G.; Zhong, X. X.; Huang, H. X.; Li, Q. Y.; Wang, Z.H.; Feng, Q. P.; Wang, H. Q. Int. J. Hydrog. Energy 2014, 39(28), 16132. doi: 10.1016/j.ijhydene.2014.06.013(28) Huang, Y. G.; Zhong, X. X.; Huang, H. X.; Li, Q. Y.; Wang, Z.H.; Feng, Q. P.; Wang, H. Q. Int. J. Hydrog. Energy 2014, 39(28), 16132. doi: 10.1016/j.ijhydene.2014.06.013

    29. [29]

      (29) Sudipta, C.; Fabien, S.; Christine, C.; Suzy, V.; Alexandre, B.Carbohydr. Polym. 2012, 90 (2), 967. doi: 10.1016/j.carbpol.2012.06.028(29) Sudipta, C.; Fabien, S.; Christine, C.; Suzy, V.; Alexandre, B.Carbohydr. Polym. 2012, 90 (2), 967. doi: 10.1016/j.carbpol.2012.06.028

    30. [30]

      (30) Yang, M.; Li, J. X.; Li, H. H.; Su, L.W.; Wei, J. P.; Zhou, Z.Phys. Chem. Chem. Phys. 2012, 14, 11048. doi: 10.1039/C2CP41604B(30) Yang, M.; Li, J. X.; Li, H. H.; Su, L.W.; Wei, J. P.; Zhou, Z.Phys. Chem. Chem. Phys. 2012, 14, 11048. doi: 10.1039/C2CP41604B

    31. [31]

      (31) Qiu, Y.; Lu, L.; Wang, S. S.; Zhang, X. H.; He, S. T.; He, T.J. Power Sources 2014, 253, 300. doi: 10.1016/j.jpowsour.2013.12.061(31) Qiu, Y.; Lu, L.; Wang, S. S.; Zhang, X. H.; He, S. T.; He, T.J. Power Sources 2014, 253, 300. doi: 10.1016/j.jpowsour.2013.12.061

    32. [32]

      (32) Gu, Y. S.; Tsai, J. Y. Synth. Met. 2012, 161 (23-24), 2743. doi: 10.1016/j.synthmet.2011.10.013(32) Gu, Y. S.; Tsai, J. Y. Synth. Met. 2012, 161 (23-24), 2743. doi: 10.1016/j.synthmet.2011.10.013

    33. [33]

      (33) Zhou, D. H.; Li, Y. H.; Wang, J. Y.; Xu, P.; Han, X. J. Mater. Lett. 2011, 65 (23-24), 3601. doi: 10.1016/j.matlet.2011.08.021(33) Zhou, D. H.; Li, Y. H.; Wang, J. Y.; Xu, P.; Han, X. J. Mater. Lett. 2011, 65 (23-24), 3601. doi: 10.1016/j.matlet.2011.08.021

    34. [34]

      (34) Zhang, L. Y.; He, S. J.; Chen, S. L.; Guo, Q. H.; Hou, H. Q. Acta Phys. -Chim. Sin. 2010, 26 (12), 3181. [张雷勇, 何水剑, 陈水亮, 郭乔辉, 侯豪情. 物理化学学报, 2010, 26 (12), 3181.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20101135(34) Zhang, L. Y.; He, S. J.; Chen, S. L.; Guo, Q. H.; Hou, H. Q. Acta Phys. -Chim. Sin. 2010, 26 (12), 3181. [张雷勇, 何水剑, 陈水亮, 郭乔辉, 侯豪情. 物理化学学报, 2010, 26 (12), 3181.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20101135

    35. [35]

      (35) Trchová , M.; Sé deň ková , I.; Tobolková , E.; Stejskal, J. Polym. Degrad. Stab. 2004, 86 (1), 179. doi: 10.1016/j.polymdegradstab.2004.04.011(35) Trchová , M.; Sé deň ková , I.; Tobolková , E.; Stejskal, J. Polym. Degrad. Stab. 2004, 86 (1), 179. doi: 10.1016/j.polymdegradstab.2004.04.011

    36. [36]

      (36) Lu, X. H.; Ng, H. Y.; Xu, J. Y.; He, H. B. Synth. Met. 2002, 128, 167. doi: 10.1016/S0379-6779(01)00668-3(36) Lu, X. H.; Ng, H. Y.; Xu, J. Y.; He, H. B. Synth. Met. 2002, 128, 167. doi: 10.1016/S0379-6779(01)00668-3

    37. [37]

      (37) Liu, W.; Ashok, L. C.; Ramaswamy, N.; Jayant, K.; Sukant, T.; Ferdinando, F. B.; Lynne, S. J. Am. Chem. Soc. 1999, 121 (49), 11345. doi: 10.1021/ja9926156(37) Liu, W.; Ashok, L. C.; Ramaswamy, N.; Jayant, K.; Sukant, T.; Ferdinando, F. B.; Lynne, S. J. Am. Chem. Soc. 1999, 121 (49), 11345. doi: 10.1021/ja9926156

    38. [38]

      (38) David, E. S.; Su-Moon, P. J. Electrochem. Soc. 1988, 135 (9), 2254. doi: 10.1149/1.2096248(38) David, E. S.; Su-Moon, P. J. Electrochem. Soc. 1988, 135 (9), 2254. doi: 10.1149/1.2096248

    39. [39]

      (39) Mi, H. Y.; Zhang, X. G.; Yang, S. D.; Ye, X. G.; Luo, J. M.Mater. Chem. Phys. 2008, 112 (1), 127. doi: 10.1016/j.matchemphys.2008.05.022(39) Mi, H. Y.; Zhang, X. G.; Yang, S. D.; Ye, X. G.; Luo, J. M.Mater. Chem. Phys. 2008, 112 (1), 127. doi: 10.1016/j.matchemphys.2008.05.022

    40. [40]

      (40) Yan, J.; Wei, T.; Fan, A. J.; Qian, W. Z.; Zhang, M. L.; Shen, X.D.; Wei, F. J. Power Sources 2010, 195, 3041. doi: 10.1016/j.jpowsour.2009.11.028(40) Yan, J.; Wei, T.; Fan, A. J.; Qian, W. Z.; Zhang, M. L.; Shen, X.D.; Wei, F. J. Power Sources 2010, 195, 3041. doi: 10.1016/j.jpowsour.2009.11.028

    41. [41]

      (41) Kima, B. C.; Too, C. O.; Kwon, J. S.; Ko, J. M.; Wallace, G. G.Synth. Met. 2011, 161, 1130. doi: 10.1016/j.synthmet.2011.01.015(41) Kima, B. C.; Too, C. O.; Kwon, J. S.; Ko, J. M.; Wallace, G. G.Synth. Met. 2011, 161, 1130. doi: 10.1016/j.synthmet.2011.01.015

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  0
  • 文章访问数:  632
  • HTML全文浏览量:  33
文章相关
  • 收稿日期:  2015-07-20
  • 网络出版日期:  2015-11-06
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章