柔性导电材料在电化学领域有着广泛应用。现阶段,纤维素基柔性导电材料仍存在电导率低的问题,通过使用纳米级材料提高其比表面积可改善这一问题。
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细菌纤维素(BC)是一种价格便宜易得的三维纳米级多孔材料,具有高比表面积、高孔隙率、高结晶度和机械性能良好的特点,常作为导电复合材料的基底物。聚吡咯(PPy)因具有高导电性、可逆的氧化还原性和易合成而被广泛用于导电材料中。
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碳纳米管(CNTs)具有高比表面积、高电导率和良好的机械强度的特点,可提高导电材料的能量存储和转换效率。本课题以BC浆为模板,通过氧化聚合吡咯后掺杂CNTs制备了细菌纤维素基柔性导电材料,主要研究内容及结果如下:(1)将细菌纤维素制备成浆,原位化学氧化聚合吡咯,得到了核壳结构的BC@PPy导电浆。
从罗丹得到的启示通过单因素实验和响应面法优化了BC@PPy的制备条件。实验结果表明:在吡咯含量0.3 mL,nFeCl3:n吡咯为1.3,nHCl:吡咯为25,反应时间为180 min时,电导率可达到最优。
(2)向BC@PPy导电浆中添加单壁碳纳米管分散液,合成了细菌纤维素@聚吡咯-单壁碳纳米管(非诚勿扰英国专场
科研能力评价BC@PPy-SWCNTs)导电膜。通过SEM、FTIR、拉曼光谱表征其形貌结构,并将其应用在对称型超级电容器中。
实验结果表明:BC@PPy-SWCNTs膜的电导率可达到7.379 S·cm-1,所得超级电容器的最大面积比电容为0.-2,在-2电流密度下,功率密度为0.2时,能量密度为0.0392 mWh·cm-2。(3)向BC@PPy导电浆中添加多壁碳纳米管分散液,合成了细菌纤维素@聚吡咯-多壁碳纳米管(BC@PPy-MWCNTs)导电膜。
通过SEM、FTIR、拉曼光谱表征其形貌结构,并将其应用在对称型超级电容器中。实验结果表明:BC@PPy-MWCNTs膜的电导率可达到1.595 S·cm-1,所得超级电容器的最大面积比电容可达0.565 F·cm-2,在-2电流密度下,功率密度为1.-2时,能量密度为0.-2。
水面曲线以上结论表明,聚吡咯与碳纳米管的协同作用可以有效提高细菌纤维素的导电性能和电化学性能。该研究为细菌纤维素基导电材料在超级电容器方面的开发应用拓宽了思路。
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