钟文斌 周阳 高利 喻楚英

摘   要：采用树枝状聚苯胺，长纤维聚苯胺，树枝状聚苯胺-石墨烯以及长纤维聚苯胺-氮掺杂石墨烯4种气凝胶作为前驱体，经直接碳化后获得了氮掺杂连续的纳米碳. 研究了聚苯胺基气凝胶衍生纳米碳的微观形貌结构、元素组成以及电化学性能. 结果表明，树枝状聚苯胺，长纤维聚苯胺，树枝状聚苯胺-石墨烯以及长纤维聚苯胺-氮掺杂石墨烯气凝胶衍生的纳米碳具有连续的多级孔结构，其比表面积分别为273.9、487.7、241.4和295.9 m2·g-1，氮的摩尔分数分别高达7.82%、9.62%、7.91%和10.17%，在0.5 A·g-1的电流密度下分别具有高达268、311、280和362 F·g-1的质量比电容，且倍率性能和循环稳定性能优异.

关键词：聚苯胺;石墨烯;气凝胶;纳米碳;超级电容器

中图分类号：O631                             文献标志码：A

Study on Electrochemical Performance of Nanocarbon

Derived from Polyaniline Based Aerogels

ZHONG Wenbin†，ZHOU Yang，GAO Li，YU Chuying

（College of Materials Science and Engineering， Hunan University， Changsha  410082， China）

Abstract：Dendritic polyaniline， long fibrous polyaniline， dendritic polyaniline/graphene and long fibrous polyaniline/nitrogen-doped graphene aerogels are employed as precursors to produce nitrogen-doped continuous nanocarbons through direct carbonization. The microstructure， element composition， and electrochemical properties of polyaniline-based aerogels derived nanocarbons are systematically investigated. The results show that nanocarbons derived from dendritic polyaniline， long fibrous polyaniline， dendritic polyaniline/graphene and long fibrous polyaniline/nitrogen-doped graphene aerogels have a continuous hierarchical porous structure， high specific surface area of 273.9， 487.7， 241.4 and 295.9 m2·g-1， respectively， high nitrogen molar fraction of 7.82%， 9.62%， 7.91% and 10.17%， respectively， and high specific gravimetric capacitance of 268， 311， 280 and 362 F·g-1 at the current density of 0.5 A·g-1， respectively， as well as excellent rate capability and cycle stability.

Key words：polyaniline;graphene;aerogel;nanocarbon;supercapacitor

超级电容器具有功率密度高，充放电速率快，循环寿命长等优点，是一类应用广泛的新型储能器件[1]. 超级电容器主要由電极材料，电解质和隔膜等部分组成，其中电极材料是决定超级电容器性能的重要因素. 目前主要研究的电极材料有碳材料、导电聚合物以及金属氧化物/氢氧化物等[2]. 多孔碳来源丰富、物理化学性质稳定、比表面积高且导电性能良好，是研究最早、商业化程度最高的一类电极材料[3]. 然而多孔碳的孔结构主要以微孔为主，有效比表面积相对较小，导致比电容普遍为100～200 F·g-1[4]. 因此优化多孔碳的孔结构，提高比表面积和比电容是超级电容器电极研究领域的热点和重点.

为了进一步提高多孔碳的电化学……