一维聚合物纳米材料超级电容器技术

2023-06-30 理论教育版权反馈

【摘要】：一维聚合物纳米结构的组装对于功能组件的自下而上的制造具有重要的科学技术意义。迄今为止，一些科学家充分研究了将导电聚合物例如聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺及其衍生物用于电化学超级电容器电极材料。PPy、PTh和其他导电聚合物材料可能是更环保的“友好”系列，因此，在过去的几十年中，它们在电化学超级电容器应用中引起了越来越多的关注。高阶垂直排列的一维共聚物纳米线有望产生具有独特性能的新型分子聚集结构。

在过去的几十年中，基于碳的纳米结构材料由于其引人入胜的性能以及在电子器件、吸附、催化领域，特别是在先进的能量转换和存储领域的潜在应用而在材料科学领域处于领先地位。电化学电容器作为最有前途的储能设备之一，已经引起了科学家的广泛关注。因为它们可以瞬时提供比传统电池更高的功率密度，以及比传统介电电容器更高的能量密度。一维聚合物纳米结构的组装对于功能组件的自下而上的制造具有重要的科学技术意义。与过时的宏功能设备相比，具有特定结构和增强性能的纳米级设备已受到广泛关注。迄今为止，一些科学家充分研究了将导电聚合物例如聚吡咯（PPy）、聚噻吩（PTh）、聚苯胺（PANi）及其衍生物用于电化学超级电容器电极材料。PPy、PTh和其他导电聚合物材料可能是更环保的“友好”系列，因此，在过去的几十年中，它们在电化学超级电容器应用中引起了越来越多的关注。例如，一些报告评估了超级电容器应用中的PPy及其复合材料，其中比电容值高达160～395 F·g-1，然而，高的比容量将导致聚合物链中更高的掺杂水平。当PPy重复进行掺杂或去掺杂过程时，体积的连续变化将导致其聚合物链的破坏和稳定性的降低（通常为1 000～3 000个循环）。PEDOT作为PTh的衍生物，由于良好的热和化学长期稳定性、快速的电化学转换以及高的电导率而成为令人关注的材料，但应注意的是，由于PEDOT具有较高的摩尔质量，因此它呈现出中等的理论比电容值（约210 F·g-1）。PPy和PEDOT的有趣特性已经成为许多应用程序开发中的重点，如功能化电极、执行器等。它们是开发能量转换的良好储能候选者，并具有吸引力，因为它们具有很高的导电性和机械柔韧性。本节介绍的是一种有效的、相关的模板和原位电共聚策略，以生产高度均匀的一维纳米线阵列，该一维纳米阵列将有效结合PPy优异的电化学性能和PEDOT的化学长期稳定性的优点。高阶垂直排列的一维共聚物纳米线有望产生具有独特性能的新型分子聚集结构。

一维聚合物纳米材料超级电容器技术

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