石墨烯-聚苯胺杂化超级电容器电极材料

doi:10.7503/cjcu20130517

摘要/Abstract

摘要：

聚苯胺是一类具有超高比电容的导电高分子材料, 利用其与石墨烯的协同效应, 改善各自的固有缺点, 可以制得高性能的超级电容器. 本文综述了石墨烯-聚苯胺杂化电极材料的制备方法和石墨烯表面性质对电极材料电化学性能的影响, 讨论了优化杂化电极的结构与性能.

关键词: 石墨烯, 聚苯胺, 超级电容器, 比电容, 层次材料

Abstract:

Polyaniline(PANI) is one of the most intriguing conducting polymers with ultrahigh specific capa-citance. The synergistic effect between PANI and graphene nanosheets(GN) could remarkably diminish their inherent drawbacks, and enhance the capacitance/cycling life of GN-PANI supercapacitors. We review the recent advances in this regard, discuss the effect of synthetic routes used and surface functionalization of GN on the performance of GN-PANI supercapacitor electrodes, and highlight the importance of fabricating hierarchical structure and 3D porous networks.

Key words: Graphene, Polyaniline(PANI), Supercapacitor, Specific capacitance, Hierarchical structure

中图分类号:

O631

TrendMD:

陈仲欣, 卢红斌. 石墨烯-聚苯胺杂化超级电容器电极材料. 高等学校化学学报, 2013, 34(9): 2020.

CHEN Zhong-Xin, LU Hong-Bin. Overview of Graphene/Polyaniline Composite for High-performance Supercapacitor. Chem. J. Chinese Universities, 2013, 34(9): 2020.

参考文献

[1] Wang G. P., Zhang L., Zhang J. J., Chem. Soc. Rev., 2012, 41, 797—828

[2] Sun Y. Q., Shi G. Q., J. Polym. Sci. Part B: Polym. Phys., 2013, 51, 231—253

[3] Snook G. A., Kao P., Best A. S., J. Power Sources, 2011, 196, 1—12

[4] Huang Y., Liang J. J., Chen Y. S., Small, 2012, 8(12), 1805—1834

[5] Yin Z. G., Zheng Q. D., Adv. Energy Mater., 2012, 2, 179—218

[6] Yan J., Wei T., Shao B., Fan Z., Qian W., Zhang M., Wei F., Carbon, 2010, 48, 487—493

[7] Talbi H., Just P. E., Dao L. H., J. Appl. Electrochem., 2003, 33(6), 465—473

[8] Wang Y. G., Li H. Q., Xia Y. Y., Adv. Mater., 2006, 18, 2619—2623

[9] Fabio A. D., Giorgi A., Mastragostino M., Soavi F., J. Electrochem. Soc., 2001, 148(8), A845—A850

[10] Xu R., Tang Z. L., Li J. R., Zhang Z. T., Prog. Chem., 2009, 21(1), 235—243(徐睿, 唐子龙, 李俊荣, 张中太. 化学进展, 2009, 21(1), 235—243)

[11] Sharma R. K., Rastogi A. C., Desu S. B., Electrochim. Acta, 2008, 53(26), 7690—7695

[12] Zhang H., Cao G., Wang Z., Yang Y., Shi Z., Gu Z., Electrochem. Commun., 2008, 10(7), 1056—1059

[13] Feng X. M., Li R. M., Yang X. Y., Hou W. H., Prog. Chem., 2012, 24(11), 2158—2166(冯晓苗, 李瑞梅, 杨晓燕, 侯文华. 化学进展, 2012, 24(11), 2158—2166)

[14] Kim K. S., Zhao Y., Jang H., Lee S. Y., Kim J. M., Kim K. S., Ahn J. H., Kim P., Choi J. Y., Hong B. H., Nature, 2009, 457(7230), 706—710

[15] Novoselov K. S., Jiang D., Schedin F., Booth T. J., Khotkevich V. V., Morozov S. V., PNAS, 2005, 102(30), 10451—10453

[16] Lee C. G., Wei X. D., Kysar J. W., Hone J., Science, 2008, 321, 385—388

[17] Wang H. L., Hao Q. L., Yang X. J., Lu L. D., Wang X., Nanoscale, 2010, 2, 2164—2170

[18] Yan J., Wei T., Shao B., Fan Z. J., Qian W. Z., Zhang M. L., Wei F., Carbon, 2010, 48, 487—493

[19] Zhang J. T., Zhao X. S., J. Phys. Chem. C, 2012, 116, 5420—5426

[20] Yan J., Wei T., Fan Z. J., Qian W. Z., Zhang M. L., Shen X. D., Wei F., J. Power Sources, 2010, 195, 3041—3045

[21] Zhang Q. Q., Li Y., Feng Y. Y., Feng W., Electrochimica Acta, 2013, 90, 95—100

[22] Wu Q., Xu Y. X., Yao Z. Y., Liu A. R., Shi G. Q., ACS Nano, 2010, 4(4), 1963—1970

[23] Liu S., Liu X. H., Li Z. P., Yang S. R., Wang J. Q., New J. Chem., 2011, 35, 369—374

[24] Zhou S. P., Zhang H. M., Zhao Q., Wang X. H., Li J., Wang F. S., Carbon, 2013, 52, 440—450

[25] Li Z. F., Zhang H. Y., Liu Q., Sun L. L., Stanciu L., Xie J., ACS Appl. Mater. Interfaces, 2013, 5, 2685—2691

[26] Fan W., Zhang C., Tjiu W. W., Pramoda K. P., He C. B., Liu T. X., ACS Appl. Mater. Interfaces, 2013, 5, 3382—3391

[27] Luo Y. S., Kong D. Z., Jia Y. L., Luo J. S., Lu Y., Zhang D. Y., Qiu K. W., Li C. M., Yu T., RSC Adv., 2013, 3, 5851—5859

[28] Sarker A. K., Hong J. D., Langmuir, 2012, 28, 12637—12646

[29] Lee T., Yun T., Park B., Sharma B., Song H. K., Kim B. S., J. Mater. Chem., 2012, 22, 21092—21099

[30] Zhang K., Zhang L. L., Zhao X. S., Wu J. S., Chem. Mater., 2010, 22, 1392—1401

[31] Li J., Xie H. Q., Li Y., Liu J., Li Z. X., J. Power Sources, 2011, 196, 10775—10781

[32] Ma B., Zhou X., Bao H., Li X. W., Wang G. C., J. Power Sources, 2012, 215, 36—42

[33] Dong X. C., Wang J. X., Wang J., Chan-Park M. B., Li X. G., Wang L. H., Huang W., Peng C., Mater. Chem. Phys., 2012, 134, 576—580

[34] Huang Y. F., Lin C. W., Polymer, 2012, 53, 2574—2582

[35] Ning G.Q., Li T. Y., Yan J., Xu C.G., Wei T., Fan Z. J., Carbon, 2013, 54, 241—248

[36] Xu J. J., Wang K., Zu S. Z., Han B. H., Wei Z. X., ACS Nano, 2010, 4(9), 5019—5026

[37] Xy G. H., Wang N., Wei J. Y., Lv L. L., Zhang J. N., Chen Z. M., Xu Q., Ind. Eng. Chem. Res., 2012, 51, 14390—14398

[38] Cui Z. M., Guo C. X. Yuan W. Y., Li C. M., Phys. Chem. Chem. Phys., 2012, 14, 12823—12828

[39] Lai L. F., Yang H. P., Wang L., The B. K., Zhong J. Q., Chou H., Chen L. W., Chen W., Shen Z. X., Ruoff R. S., Lin J. Y., ACS Nano, 2012, 6(7), 5941—5951

[40] Liu H. L., Wang Y., Gou X. L., Qi T., Yang J., Ding Y. L., Mater. Sci. Eng. B, 2013, 178, 293—298

[41] Li Y. Z., Zhao X., Yu P. P., Zhang Q. H., Langmuir, 2013, 29, 493—500

[42] Liu Y., Deng R. J., Wang Z., Liu H. T., J. Mater. Chem., 2012, 22, 13619—13624

[43] Mao L., Zhang K., Chan H. S. O., Wu J. S., J. Mater. Chem., 2012, 22, 80—85

[44] Gao Z., Yang W. L., Wang J., Wang B., Li Z. S., Liu Q., Zhang M. L., Liu L. H., Energy Fuels, 2013, 27, 568—575

[45] Yan X., Liu N., Jin E., Wang X., Zhang W. J., Chem. J. Chinese Universities, 2007, 28(2), 391—393(闫雪, 刘娜, 金娥, 王兴, 张万金. 高等学校化学学报, 2007, 28(2), 391—393)

[46] Wang H. L., Hao Q. L., Yang X. J., Lu L. D., Wang X., ACS Appl. Mater. Interfaces, 2010, 2(3), 821—828

[47] Wang H. L., Hao Q. L., Yang X. J., Lu L. D., Wang X., Electrochem. Commun., 2009, 11, 1158—1161

[48] Cong H. P., Ren X. C., Wang P., Yu S. H., Energy Environ. Sci., 2013, 6, 1185—1191

[49] Wang D. W., Li F., Zhao J. P., Ren W. C., Chen Z. G., Tan J., Wu Z. S., Gentel I., Lu G. Q., Cheng H. M., ACS Nano, 2009, 3(7), 1745—1752

[50] Feng X. M., Li R. M., Ma Y. W., Chen R. F., Shi N. E., Fan Q. L., Huang W., Adv. Funct. Mater., 2011, 21, 2989—2996

[51] Hu L. W., Tu J. G., Jiao S. Q., Hou J. G., Zhu H. M., Fray D. J., Phys. Chem. Chem. Phys., 2012, 14, 15652—15656

[52] Wei H. G., Zhu J. H., Wu S. J., Wei S. Y., Guo Z. H., Polymer, 2013, 54, 1820—1831

[53] Gao Z., Yang W. L., Wang J., Yan H. J., Yao Y., Ma J., Wang B., Zhang M. L., Liu L. H., Electrochimica Acta, 2013, 91, 185—194

[54] Sang X. G., Zeng F. W., Liu X. X., Chem. J. Chinese Universities, 2012, 33(6), 1312—1318(桑晓光, 曾繁武, 刘晓霞. 高等学校化学学报, 2012, 33(6), 1312—1318)

[55] Xue M. Q., Li F. W., Zhu J., Song H., Zhang M. N., Cao T. B., Adv. Funct. Mater., 2012, 22, 1284—1290

[56] Fang M., Wang K. G., Lu H. B., Yang Y. L., Nutt S., J. Mater. Chem., 2009, 19, 7098—7105

[57] Fang M., Wang K. G., Lu H. B., Yang Y. L., Nutt S., J. Mater. Chem., 2010, 20, 1982—1992

[58] Kumar N. A., Choi H. J., Shin Y. R., Chang D. W., Dai L. M., Baek J. B., ACS Nano, 2012, 6(2), 1715—1723

[59] An J. W., Liu J. H., Zhou Y. C., Zhao H. F., Ma Y. X., Li M. L., Yu M., Li S. M., J. Phys. Chem. C, 2012, 116, 19699—19708

[60] Liu J. H., An J. W., Zhou Y. C., Ma Y. X., Li M. L., Yu M., Li S. M., ACS Appl. Mater. Interfaces, 2012, 4, 2870—2876

[61] Tao J., J. Mater. Res., 2012, 27(20), 2644—2649

[62] Sengupta R., Bhattacharya M., Bandyopadhyay S., Bhowmick A. K., Prog. Polym. Sci., 2011, 36, 638—670

[63] Ma C., Chen Z. X., Fang M., Lu H. B., J. Nanopart. Res., 2012, 14, 996-1-996-9

[64] Fang M., Tang Z. Y., Lu H. B., Nutt S., J. Mater. Chem., 2012, 22, 109—114

[65] Fang M., Zhang Z., Li J. F., Zhang H. D., Lu H. B., Yang Y. L., J. Mater. Chem., 2010, 20, 9635—9643

[66] Chen Z. X., Lu H. B., J. Mater. Chem., 2012, 22, 12479—12490

[67] Zhong M., Song Y., Li Y. F., Ma C., Zhai X. L., Shi J. L., Guo Q. G., Liu L., J. Power Sources, 2012, 217, 6—12

[68] Zhong Y. L., Mo Z. Y., Yang L. J., Liao S. J., Prog. Chem., 2013, 25(5), 717—725(钟轶良, 莫再勇, 杨莉君, 廖世军. 化学进展, 2013, 25(5), 717—725)

[69] Lozano-Castello D., Cazorla-Amoros D., Linares-Solano A., Shiraishi S., Kurihara H., Oya A., Carbon, 2003, 41, 1765—1775

[70] Bleda-Martinez M., Macia-Agullo J. A., Lozano-Castello D., Morallon E., Cazorla- Amoros D., Linares-Solano A., Carbon, 2005, 43, 2677—2684

[71] Fang M., Chen Z. X., Wang S. Z., Lu H. B., Nanotechnology, 2012, 23, 085704-1-085704-5

[72] Sang Y., Fang M., Lu H. B., Acta Polym. Sin., 2012, 2, 223—230(桑泳, 方明, 卢红斌. 高分子学报, 2012, 2, 223—230)

[73] Zhou X.H., Chen Z. X., Yan D. H., Lu H. B., J. Mater. Chem., 2012, 22, 13506—13516

[74] Stankovich S., Dikin D. A., Dommett G. H. B., Kohlhaas K. M., Zimney E. J., Stach E. A., Piner R. D., Nguyen S. T., Ruoff R. S., Nature, 2006, 442, 282—286

[75] Zhang K., Mao L., Zhang L. L., Chan H. S. O., Zhao X. , Wu J. S., J. Mater. Chem., 2011, 21, 7302—7307

[76] Sreeprasad T. S., Berry V., Small, 2013, 9, 341—350

[77] Wang Y. F., Yang X. W., Qiu L., Li D., Energy Environ. Sci., 2013, 6, 477—481

[78] Lu X. J., Dou H., Yang S. D., Hao L., Zhang L. J., Shen L. F., Zhang F., Zhang X. G., Electrochimica Acta, 2011, 56, 9224—9232

[79] Aboutalebi S. H., Chidembo A. T., Salari M., Konstantinov K., Wexler D., Liu H. K., Dou S. X., Energy Environ. Sci., 2011, 4, 1855—1865

[80] Zhou S. P., Zhang H. M., Wang X. H., Li J., Wang F. S., RSC Advances, 2013, 3, 1797—1807

[81] Tu L. L., Jia C. Y., Prog. Chem., 2010, 22(8), 1610—1618(涂亮亮, 贾春阳. 化学进展, 2010, 22(8), 1610—1618)

[82] Zheng Y. Y., Du Q. F., He M. P., Deng Z. W., Liu X. B., Micro Nano Lett., 2012, 7(8), 778—781

[83] Sathish M., Mitani S., Tomai T., Honma I., J. Mater. Chem., 2011, 21, 16216—16222

[84] An J., Liu J., Ma Y., Li R., Li M., Yu M., Li S., Eur. Phys. J. Appl. Phys., 2012, 58, 30403-1—30403-9

[85] Lin J. X., Zheng Y. Y., Du Q. F., He M. P., Deng Z. W., Nano, 2013, 8(1), 1350004-1—1350004-8

[86] Wang G., Liu H. Y., Zhu Y., Wan M. X., Jiang L., Chem. J. Chinese Universities, 2011, 32(2), 366—371(王光, 刘红樱, 朱英, 万梅香, 江雷. 高等学校化学学报, 2011, 32(2), 366—371)

[87] Chen H., Ma H. R., Guan J. G., Prog. Chem., 2007, 19(11), 1770—1775(陈卉, 马会茹, 官建国. 化学进展, 2007, 19(11), 1770—1775)

[88] Zhou X. Z., Huang X., Qi X. Y., Wu S. X., Xue C., Boey F. Y. C., Yan Q. Y., Chen P., Zhang H., J. Phys. Chem. C, 2009, 113, 10842—10846

[89] An H. F., Wang X. Y., Li N., Zheng L. P., Chen Q. Q., Prog. Chem., 2009, 21(9), 1832—1838(安红芳, 王先友, 李娜, 郑丽萍, 陈权启. 化学进展, 2009, 21(9), 1832—1838)

[90] Li N., Wang X. Y., Yi S. Y., Dai C. L., Prog. Chem., 2008, 20(7/8), 1202—1207(李娜, 王先友, 易四勇, 戴春岭. 化学进展, 2008, 20(7/8), 1202—1207)

[91] Aricó A. S., Bruce P., Scrosati B., Tarascon J. M., Schalkwijk W. V., Nature Mater., 2005, 4, 366—377

[92] Li C, Shi G. Q., Nanoscale, 2012, 4, 5549—5563

[93] Zhai Y. P., Dou Y. Q., Zhao D. Y., Fulvio P. F., Mayes R. T., Dai S., Adv. Mater., 2011, 23, 4828—4850

[94] Chen R. X., Yu S. H., Sun R., Zhao Y. B., New Chem. Mater., 2012, 40(6), 66—68(陈日雄, 于淑会, 孙蓉, 赵玉宝. 化工新型材料, 2012, 40(6), 66—68)

[95] Zhu Y. W., Murali S., Stoller M. D., Ganesh K. J., Cai W. W., Ferreira P. J., Pirkle A., Wallace R. M., Cychosz K. A., Thommes M., Su D., Stach E. A., Ruoff R. S., Science, 2011, 332, 1537—1541

[96] Zhang L., Zhang F., Yang X., Long G. K., Wu Y. P., Zhang T. F., Leng K., Huang Y., Ma Y. F., Yu A., Chen Y. S., Sci. Reports, 2013, 3, 1408-1—1408-9

[97] Wang J. C., Kaskel S., J. Mater. Chem., 2012, 22, 23710—23725

[98] Zhang L. L., Zhao X., Stoller M. D., Zhu Y. W., Ji H. X., Murali S., Wu Y. P., Perales S., Clevenger B., Ruoff R. S., Nano Lett., 2012, 12, 1806—1812