纳米碳杂化物负载氨基蒽醌超分子聚合物的可控制备及电化学特性研究

目前商品化超级电容器存在着能量密度偏低的缺点。电极材料是决定超级电容器性能的关键。如何制备高性能电极材料是亟待解决的关键科学和技术问题。针对这一问题，本项目引入多元多尺度概念，运用化学修饰和界面组装等方法制备出面-线网络结构的石墨烯/碳纳米管杂化物，以赋予高的电导率和有效比表面积。以杂化物为载体，运用非水体系化学氧化聚合方法，通过控制氧化聚合电位，并借助π-π堆叠和网络限域作用将纳米尺度的氨基蒽醌超分子聚合物牢固地组装在纳米炭材料表面或网络内，构筑具有高比电容、高比功率和电化学循环性能优异的纳米碳负载氨基蒽醌超分子聚合物复合材料新体系。采用氧化后处理技术通过提高超分子聚合物微结构的有序性，以达到强化电化学循环性能的目的。探明共轭聚合物的生长机理，揭示碳载氨基蒽醌超分子聚合物的能量传输机制，推进碳载氨基蒽醌超分子聚合物在高储能密度超级电容器中的实际应用。

超级超级电容器作为绿色储能器件，在电动汽车和可再生能源利用等领域占有重要地位。针对超级电容器存在能量密度偏低的问题，本项目选用兼具p型和n型掺杂特性的氨基蒽醌超分子聚合物为研究对象，与石墨烯/碳纳米管杂化物纳米复合，构筑纳米碳杂化物载聚氨基蒽醌复合材料新体系，特别在不同层次结构复合材料的制备方法和新型超级电容器构建方面取得较大进展，主要成果包括：.1. 面-线网络结构石墨烯/碳纳米管杂化物的构筑。运用60Co γ-射线辐照还原技术制备出易分散石墨烯/碳纳米管杂化物，其比表面积高达1420m2g-1，电导率为1820Sm-1，并对辐照还原机理进行探讨。该方法有望成为规模化绿色制备易分散石墨烯的最有效方法之一。.2. 设计合成出不同层次结构的纳米碳杂化物负载聚氨基蒽醌新体系。以石墨烯/碳纳米管杂化物为载体，通过调控氧化聚合电位，以樟脑磺酸为软模板，获得分级孔结构的纳米碳负载聚氨基蒽醌，所组装有机电容器的能量密度高达86.4Wh kg-1，且10000次循环后容量衰减仅7%。将溶剂置换与溶剂热法巧妙结合，再通过电化学聚合获得自支撑结构的纳米碳杂化物泡沫载聚氨基蒽醌复合电极，所组装的有机锂电池拥有高比容量（289mAh g-1）和优异循环性能。通过改变反应参数和工艺条件，来调控材料的组成和显微结构，进而实现对电化学性能的调控，为制备大容量长寿命电极材料提供理论依据。.3. 聚氨基蒽醌的电化学性能强化方法与机制。通过氧化后处理对纳米碳杂化物负载聚氨基蒽醌进行化学改性，揭示其对电化学性能的强化机制，为提升π共轭聚合物的能量密度提供新思路。.4. 纳米碳杂化物负载π共轭聚合物在超级电容器中的应用研究。选用纳米碳负载π共轭聚合物为电极材料，构建有机杂化超级电容器，揭示该类电极材料的能量传输机理，开展正负电极材料匹配性以及与电解液适配性研究，推进该类电极材料在高能量密度超级电容器中实际应用。.5. 柔性超级电容器的构建和性能优化。制备出纳米碳负载π-共轭聚合物（或金属氧化物）柔性电极，设计合成出新型聚合物凝胶电解质，构建高储能密度柔性超级电容器，为在智能穿戴和柔性电子等领域应用奠定基础。.项目执行期间发表SCI论文26篇，其中3篇为ESI高被引论文，1篇曾入选ESI本领域前0.1%热点论文；申请发明专利10项，其中授权4项；作大会邀请报告1次，获得省部级科技奖1项。