离子液体中导电聚合物碳纳米管复合材料的制备及表征-有机化学专业论文.docxVIP

Nanjing University of Aeronautics and Astronautics The Graduate School College of Material Science and Technology Preparation and characterization of conductive polymer/MWCNTs composites in ionic liquid A Thesis in Organic Chemistry by Hao Di Advised by Associate Prof. Dou Hui Submitted in Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of Master of Natural Science March, 2012 承诺书 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下， 独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明 引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人享有著 作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人 和集体，均已在文中以明确方式标明。 本人授权南京航空航天大学可以有权保留送交论文的复 印件，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文的全部或部分 内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复 制手段保存论文。 (必威体育官网网址的学位论文在解密后适用本承诺书) 作者签名： 日 期： i i ii ii 南京航空航天大学硕士学位论文 摘 要 导电聚合物质量轻、价格便宜、可加工性好，经过化学掺杂或者电化学掺杂后电导率从绝 缘体状态扩展到半导体或者导体状态。碳纳米管(CNTs)具有密度低、导电性、韧性和稳定性好 的优点，这使其成为导电聚合物的理想填充材料。本文分别以常规离子液体 1-丁基-3-甲基咪唑 四氟硼酸盐([bmim]BF4)和磁性离子液体(MIL)1-丁基-3-甲基咪唑四氯化铁盐([bmim]FeCl4)作为 多壁碳纳米管(MWCNTs)的分散剂和导电聚合物单体的聚合介质，成功制备了各种导电聚合物/ 多壁碳纳米管(CP/MWCNTs)的复合材料，具体内容如下： (1)将[bmim]BF4 与 MWCNTs 进行球磨，制备成[bmim]BF4/MWCNTs 凝胶，离子液体非共 价功能化使 MWCNTs 在凝胶中实现了很好的分散。然后将吡咯(pyrrole)单体分散在凝胶中，再 加入引发剂过硫酸铵(APS)继续球磨，制备了核壳结构的聚吡咯/多壁碳纳米管(PPy/MWCNTs) 纳米复合材料。复合材料在 0.20 A?g-1 的电流密度下比容量达到 240 F?g?1，在充放电 800 圈后比 电容仅损失了 12.8%。 (2)以[bmim]FeCl4 对 MWCNTs 进行离子液体非共价功能化，使 MWCNTs 在凝胶中实现了 很好的分散。加入 3-甲基噻吩单体(3-methylthiophene)球磨，使其在阴离子 FeCl4-的引发下发生 原位聚合，制备了特殊形貌的纳米线状聚 3-甲基噻吩/多壁碳纳米管(P3-Meth/MWCNTs)纳米复 合材料。还研究了在[bmim]BF4 中，以 FeCl3 为引发剂，球磨法制备了 P3-Meth/MWCNTs 纳米 复合材料。两种离子液体中制备的 P3-Meth/MWCNTs 纳米复合材料的形貌有区别。 (3)P3-Meth韧性好、稳定性强、PPy理论电容大，两者可以互补。在[bmim]BF4中，在APS 的氧化下，PPy复合至P3-Meth/MWCNTs表面，成功制备了聚吡咯/聚3-甲基噻吩/多壁碳纳米管 (PPy/P3-Meth/MWCNTs)纳米复合材料。复合材料的比电容在0.6 A?g?1的电流密度下达到216 F?g?1，复合材料的比电容在充放电1200圈后损失了9.8%。 关键词：聚吡咯，聚 3-甲基噻吩，离子液体，多壁碳纳米管，纳米复合材料 离子液体中导电聚合物 离子液体中导电聚合物/碳纳米管复合材料的制备及表征 南京航空航天大学硕士学位论文 南京航空航天大学硕士学位论文 ABSTRACT Conducting polymers possess the characteristics of the light weight, cheap, and easy processing. Their conductivity can be extended from the insulator to the semiconductor or conductor by the chemical or electrochemical doping. Carbon nanotubes pos