三维还原氧化石墨烯/聚苯胺复合材料的制备及其超级电容性能

汪建德 彭同江 鲜海洋 孙红娟(西南科技大学材料科学与工程学院,四川绵阳6000;西南科技大学分析测试中心,四川绵阳600;西南科技大学矿物材料及应用研究所,四川绵阳6000)

三维还原氧化石墨烯/聚苯胺复合材料的制备及其超级电容性能

汪建德1彭同江2,3,*鲜海洋3孙红娟3
(1西南科技大学材料科学与工程学院,四川绵阳621000;2西南科技大学分析测试中心,四川绵阳621010;3西南科技大学矿物材料及应用研究所,四川绵阳621000)

以制备的氧化石墨凝胶和聚苯胺纳米线为原料,将二者按一定的质量比进行混合超声分散,再以混合分散液为前驱体采用一步水热法制备得到三维还原氧化石墨烯(RGO)/聚苯胺(PANI)(RGP)复合材料,采用扫描电镜(SEM),透射电镜(TEM),X射线衍射(XRD),傅里叶变换红外(FT-IR)光谱,X射线光电子能谱(XPS)和电化学测试等分析研究了复合材料的形貌、结构和超级电容性能.结果表明,复合材料既保持了还原氧化石墨烯的基本形貌,又能使聚苯胺较好地镶嵌在还原氧化石墨烯的网状结构中;且当氧化石墨与聚苯胺的质量比为1:1时复合材料在0.5 A·g-1电流密度下比电容可高达758 F·g-1,即使在大电流密度(30 A·g-1)下其比容量仍高达400 F·g-1,在1A·g-1电流密度下循环1000次后比容量保持率为86%,表现出了良好的倍率性能和循环稳定性,其超级电容性能远优于单纯的还原氧化石墨烯和聚苯胺,其优异的超级电容性能可归咎于二者的相互协同作用.

氧化石墨凝胶;聚苯胺;水热法;三维还原氧化石墨烯/聚苯胺;超级电容性能

1 引言

聚苯胺(PANI)1作为超级电容器的理想电极材料,具有制备工艺简单、成本低廉、可逆性好、比容量高、能进行快速的掺杂与去掺杂过程等一系列优点,备受广泛关注;2但由于在长时间的充放电循环过程中其结构易出现溶胀和收缩行为,导致其循环稳定性较差,限制了它的进一步应用,与碳基材料复合是缓解此缺陷的最佳途径之一.3,4而作为新型碳材料的石墨烯5有着良好的结构稳定性、强导电性和大比表面积,被认为是用来克服PANI结构不稳定性的最佳碳材料之一.6近来,采用还原氧化石墨烯(RGO)与PANI的复合来提升材料的电化学性能颇为引人注目.7-9

由于在PANI的主链上带有一系列共轭基团,可通过静电、π-π共轭以及氢键等作用力与RGO结合.10因此,制备还原氧化石墨烯/聚苯胺(RGP)复合材料的方法主要有分散液共混法、11,12电化学沉积法、13,14原位氧化聚合法、15,16共价接枝法17,18等.Xu等19在酸性溶液中以RGO为基底原位氧化聚合苯胺单体得到垂直生长在RGO表面的PANI纳米纤维,在复合材料中RGO与PANI表现出了良好的协同作用,其比电容和循环稳定性均优于单纯的RGO和PANI.Liu等20利用静电吸附的原理,使带负电的氧化石墨烯(GO)包裹在带正电的PANI空心球表面,再通过电化学还原得到RGP复合材料,此复合材料在0.2 A·g-1电流密度下比电容可达614 F·g-1,500次循环后比电容保持率为90%,表现出了较好的电化学性能.Liu等21提出了另一种在GO表面共价接枝PANI的方法,首先采用SOCl2与GO进行酰氯化反应,然后与PANI上的氨基反应形成酰胺键,再通过还原实现了PANI纳米纤维在RGO上的共价修饰,修饰后的电极材料最高比电容可达623 F·g-1.纵观前人的研究发现,15-18虽然目前已有许多不同的方法可制备出RGP复合材料,但其主要思路是在GO或RGO表面通过原位氧化聚合苯胺单体,再通过还原过程来实现,使苯胺在GO或RGO纳米片表面生长的同时来抑制GO或RGO片与片之间的团聚问题.虽然这种思路具有一定的优势,但苯胺在抑制GO或RGO片团聚的同时,也阻止了其片片之间的联接,从而导致难以充分体现RGO在复合材料中的巨大优势,且复合材料的结构稳定性也难以得到显著的提升.15,16,19

近来采用水热法制备的三维RGO具有多孔网状结构和优异的电化学性能;22因此,本工作首先在较优条件下制备出氧化石墨和PANI纳米线,将二者按质量比为1:1和1:3进行混合超声分散,得到GO与PANI的混合分散液,再以二者的混合分散液为前驱体采用一步水热法制备具有三维结构的RGP复合材料.分析研究了复合材料的形貌、结构和超级电容性能,探究PANI在RGO网状结构中的存在状态,从而达到制备结构稳定、电化学性能更好的RGP复合材料的目的.

2 实验

2.1 试剂与仪器

天然鳞片石墨(青岛申墅石墨制品厂,含碳量90%-99.9%,200目);高锰酸钾和浓硫酸(国药试剂,分析纯);苯胺和过硫酸铵(成都市科龙化学试剂,分析纯);5%H2O2溶液和0.05 mol·L-1的HCl溶液(成都金山化学试剂);实验用水均为去离子水(＞10 MΩ· cm).DF-101S型恒温水浴电磁搅拌器(巩义予华仪器公司),JT2003型电子天平(上海舜宇仪器公司), FreeZone型冷冻干燥机(美国Labconco公司).

2.2 材料的制备

氧化石墨凝胶的制备:在25 mL 98%的浓硫酸中,冰浴条件下缓慢加入1 g鳞片石墨,搅拌30 min,使二者充分混合均匀;称取4 g KMnO4缓慢加入到上述混合液中,35°C条件下继续搅拌2 h;反应结束后用蒸馏水将反应液(温度控制在60-80°C)稀释至500 mL左右,然后加入适量5%的H2O2至溶液不再冒气泡为止;再加入10 mL 5%的HCl溶液,并用大量的去离子水充分透析至中性,过滤,得到氧化石墨凝胶;称取一定量的氧化石墨凝胶在60°C条件下干燥12 h,确定氧化石墨凝胶在干燥前后的质量比.

PANI纳米线的制备:首先将苯胺单体进行蒸馏预处理,再采用浓度为1 mol·L-1的HCl配制浓度为0.05 mol·L-1苯胺单体溶液,将此混合溶液超声10 min后转移到冰浴中保持20 min,然后在快速搅拌的条件下缓慢滴加溶解在1 mol·L-1HCl溶液中的过硫酸铵溶液,其中过硫酸铵与苯胺单体的摩尔比为1:1,冰浴条件下搅拌反应7 h;反应完全后过滤,用无水乙醇和蒸馏水反复洗涤数次,再进行冷冻干燥12 h,得到PANI纳米线.

三维RGP复合材料的制备:将PANI加入到浓度为2 mg·mL-1的氧化石墨悬浮液中,其中PANI与氧化石墨的质量比为1:1和1:3,混合超声120 min得到PANI和GO的混合分散液,再将其转移到水热反应釜的内衬中,160°C条件下水热反应5 h,得到三维RGP复合材料的水凝胶,再进行冷冻干燥12 h,得到三维RGP复合材料,分别将样品标记为RGP-1和RGP-3;在GO分散液中不添加PANI,同样的制备条件下制备得到RGO.

工作电极的制备:分别将冷冻干燥完全的样品切成1 cm×1 cm的方形薄片,质量约为3 mg,不锈钢网(180目)为集流体,在8 MPa压力下将复合材料压制在集流体上得到工作电极,再将工作电极在电解液中浸泡2 h备用.

2.3 材料的表征

X射线衍射(XRD)分析采用荷兰帕纳科公司生产的X'pert MPD Pro型X射线衍射仪,Cu靶,扫描范围3°-80°.傅里叶变换红外(FT-IR)光谱分析采用美国尼高力仪器公司生产的Nicolet-5700型红外光谱仪,扫描范围为4000-400 cm-1,KBr压片法制样. X射线光电子能谱(XPS)分析采用英国Kratos公司的XSAM800型多功能表面分析电子能谱仪,Al靶(1486.6 eV),X光枪功率12 kV×15 mA,采用FAT方式,数据采用污染碳C 1s(284.8 eV)校正.微形貌的扫描电镜分析(SEM)采用德国蔡司仪器公司的Ultra 55型场发射扫描电子显微镜.场发射透射电子显微(TEM)分析采用德国蔡司公司生产的Libra 200FE型电子显微分析仪.

电化学测试采用上海辰华仪器有限公司生产的CHI660E型电化学工作站,铂片电极(1.5 cm×1.5 cm)为对电极,选用三电极测试体系.RGO的电解液为6 mol·L-1的KOH溶液,Hg/HgO电极为参比电极,循环伏安(CV)和恒电流充放电(GCD)的测试电位范围均为为-1-0 V,RGP对的电解液为1 mol· L-1的H2SO4溶液,饱和甘汞电极为参比电极,CV和GCD的测试电位范围分别为-0.2-0.8 V和-0.2-0.7 V;RGO和RGP的CV扫描速率为5,10,20,30和50 mV·s-1;电流密度为0.5-30 A·g-1;电化学交流阻抗(EIS)测试频率为0.01-100 kHz,振幅为5 mV.

3 结果与讨论

3.1 材料的形貌分析

图1为RGO,PANI,RGP-1和RGP-3的SEM图.可看出,采用水热法制备的RGO内部形貌呈多孔网状结构(图1(a)),孔壁由少数几层的RGO片叠置而成;PANI则由长短不一的纳米线相互交织堆叠而成(图1(b)).当氧化石墨与PANI的质量比为1:1时,制备的RGP-1复合材料的SEM图如图1(c,d)所示,可看出RGP-1在低放大倍数下仍呈现出相互交联的网状结构,在高倍数下则表现出众多的褶皱,但无明显的PANI存在;当氧化石墨与PANI的质量比提高到1:3时,制备的RGP-3复合材料的SEM图如图1(e,f)所示,可看出在较高放大倍数下,能够明显看到PANI镶嵌在RGO的网状结构中.但对比图1(c,d,e,f)发现,在低放大倍数下,RGP-3的网状结构不如RGP-1的分布均匀.表明采用本方法可制备得到具有网状结构的RGP复合材料,且PANI纳米线已镶嵌在RGO的网状结构中.

RGO、PANI、RGP-1和RGP-3的TEM图如图2所示.RGO依然表现出相互交联的网状结构(图2 (a)),而PANI纳米线则通过相互交织团聚在一起(图2(b)).经过复合之后,复合材料RGP-1仍表现为相互交联的网状结构(图2(c)),但能明显看到有少量的PANI镶嵌在RGO的网状结构中,且PANI分散较为均匀(图2(d));而当质量比提高时,在RGP-3的网状结构中镶嵌着大量的PANI,但镶嵌的PANI表现出了较为严重的团聚现象(图2(e,f)).

结合图1、图2可看出,单纯的RGO表现为多孔网状结构,而单纯的PANI则为长短不一的纳米线相互交织一起团聚较为严重.将二者复合之后,在低质量比条件下制备的RGP-1虽然从SEM图中看不到有明显的PANI镶嵌在RGO的网状结构中,但其网状结构发生改变,褶皱增多,边缘卷起严重,而从其TEM图中则可明显看出有少量的PANI纳米线镶嵌在RGO的网状结构中,且分散较为均匀.因此,可以认为在PANI含量较少的情况下,GO在水热还原的同时对分散的PANI实施了包覆,导致在SEM中网状结构发生改变,且看不到明显的PANI纳米线存在.但质量比增大时,制备的RGP-3虽能明显看到PANI纳米线镶嵌到RGO的网状结构中,但由于PANI含量较大时其本身易于团聚,从而导致镶嵌在RGP-3中的PANI团聚较为严重.

图1 RGO,PANI,RGP-1和RGP-3的SEM图Fig.1 SEM images of RGO,PANI,RGP-1 and RGP-3

图2 RGO,PANI,RGP-1和RGP-3的TEM图Fig.2 TEM images of RGO,PANI,RGP-1,and RGP-3

为了探究三维RGP复合材料的形成过程.图3 (a)分别为GO、PANI、GO/PANI(1:1)和GO/PANI(1:3)分散液静置一个月后的沉积状况,由于在GO的结构中含有大量的亲水官能团,因而可均匀地分散在水溶液中且溶液呈亮黄色,23而PANI则与水相容性较差,大部分已沉积到试剂瓶底部;但将氧化石墨与PANI按不同质量比混合超声分散后,溶液均呈墨绿色且无聚苯胺的沉积现象发生.这主要是由于PANI带正电,而GO表面带负电,GO的混合有助于PANI的均匀分散,其中GO充当了表面活性剂的作用.24将GO与PANI的混合分散液进行水热反应时,由于GO在进行还原反应的同时实现了PANI在网状结构中的镶嵌,得到了具有三维结构的RGP水凝胶,且随着PANI的含量增多,三维RGP水凝胶的三维结构尺寸也在逐渐增大(如图3(b)).其整个反应过程机制如图3(c)所示.

图3 样品的制备过程示意图Fig.3 Preparation process diagram of the samples

3.2 材料的结构分析

图4为GO,RGO,PANI,RGP-1和RGP-3的XRD图.可看出GO在2θ=9.5°附近出现一个峰形尖锐的特征衍射峰,d=0.95 nm,对应为GO的(001)面网,而经过水热反应后,GO的特征衍射峰消失, RGO在25°附近出现一峰宽较大的特征衍射峰,d= 0.37 nm,归结为RGO的(002)面网,表明通过水热反应实现了GO的还原.25对于纯PANI而言,其主要的特征衍射峰位于9.31°、14.72°、20.12°和25.31°附近,分别对应为PANI的(001)、(011)、(020)和(200)的面网;26,27而经过复合之后的RGP-1相比于纯RGO和PANI而言只在25°附近出现一个峰强较弱、峰宽较大、且与RGO的(002)和PANI的(200)相似的特征衍射峰,并无PANI的其它特征衍射峰出现;但随着复合材料中PANI含量的增多,在RGP-3的谱图中出现了与PANI类似的特征衍射峰.表明在复合材料中当PANI的含量较少时,无明显PANI的特征衍射峰出现,且RGO与PANI的相互作用使得复合材料的特征衍射峰强度减弱.28

图5为GO,RGO,PANI和RGP-1的FT-IR谱图.从图可看出,在GO结构中含有较多的含氧官能团,其中在1730、1631、1400、1220和1055 cm-1处分别对应为C＝O键的伸缩振动峰、水分子的弯曲振动峰、羧基中OH的弯曲振动峰、C―O―C的伸缩振动峰和C―OH的伸缩振动峰;而经水热反应后,在RGO结构中羧基官能团的振动峰基本消失,C―O―C和C―OH的伸缩振动峰强度也得到明显减弱.表明经水热反应去除了GO结构中大部分的含氧官能团.22,25

图4 GO,RGO,PANI,RGP-1和RGP-3的XRD图Fig.4 XRD patterns of GO,RGO,RGP-1,and RGP-3

图5 GO,RGO,PANI,RGP-1和RGP-3的FT-IR谱图Fig.5 FT-IR spectra of GO,RGO,RGP-1,and RGP-3

在纯PANI的红外吸收光谱图中,3235 cm-1对应为N―H的伸缩振动峰,2910 cm-1对应为芳香环上sp2杂化的C―H拉伸振动峰,1587和1498 cm-1处分别对应为醌环和苯环中C＝C的伸缩振动峰, 1300 cm-1归因为次级芳香胺的C―N伸缩振动峰, 1120 cm-1对应为苯环上C―H的弯曲振动峰.29,30而复合之后的RGP-1则包含了纯PANI和RGO各自的特征峰,既有PANI中醌环和苯环的C＝C伸缩振动峰,又有RGO中C―O―C和C―OH的伸缩振动峰.31

为了进一步查明材料中官能团变化情况,对GO,RGO和RGP-1进行了XPS谱图分析.从图6(a)样品的全谱图可看出,GO和RGO均只在288和534 eV处存在两个特征峰,分别对应为C 1s和O 1s谱图,27且经水热还原反应后,C/O原子比值(下同)由2.10升高到了5.62;而与PANI复合之后,材料RGP-1在400 eV处出现一新的N 1s谱图,且C/O比值继续升高到了7.17.表明在复合材料中有PANI的存在.

将GO、RGO和RGP-1的C 1s谱图进行分峰拟合处理,如图6(b)所示.可以看出GO由5个拟合峰组成,其中在284.5、285.2、286.1、287.5、288.9 eV处分别对应为C＝C、C―C、C―OH、C―O―C、O―C＝O的特征峰,32经水热还原后在RGO的结构中O―C＝O峰消失,C―OH和C―O―C峰强明显减弱,与FT-IR表征结果一致;但与PANI复合之后的RGP-1相对于RGO在286.1 eV处出现一新的特征峰,这可归结为PANI结构中的C―N/C＝N的特征峰.33另外,将RGP-1的N 1s谱图进行分峰拟合处理,如图6(c)所示,其中在399.3、400.2和401.6 eV处分别对应为醌型亚胺结构(＝N―)、线型胺结构(―NH―)和质子化氮结构(N+).34基于TEM,XRD和FT-IR的表征分析进一步表明PANI已成功镶嵌到RGO的网状结构中.

图6 GO,RGO和RGP-1的XPS谱图Fig.6 XPS spectra of GO,RGO,and RGP-1

3.3 材料的超级电容性能分析

图7(a)为RGO、PANI、RGP-1和RGP-3在扫描速率为5 mV·s-1的条件下的CV曲线.可以看出RGO的CV曲线并无明显的氧化还原峰,具有类似的矩形形状,表现出了理想的双电层电容.35而纯PANI则具有两对氧化还原峰(还原态PANI和氧化态PANI),正因为PANI具备氧化-还原状态,相较于碳基材料较小的双电层电容而言,PANI表现出了较大的法拉第赝电容.36将二者按不同质量比复合之后的RGP-1和RGP-3的CV曲线则兼具有纯PANI的氧化还原峰和RGO的矩形特性,表现出了良好的电化学性能;但复合材料的氧化还原峰位相比于纯PANI略有改变,这可能是由于RGO与PANI的协同作用改变了PANI发生氧化还原反应时对应的电压所导致.9

图7(b)为RGO,PANI,RGP-1和RGP-3在0.5 A· g-1电流密度下的GCD曲线.可看出RGO的GCD曲线呈三角形对称分布,属于典型的双电层电容特性;纯PANI的GCD曲线则存在着明显的电压降,复合之后的RGP-3虽然具有最长的充放电时间,但也有一定的电压降存在,而RGP-1则具有三角对称性且无电压降存在表现出了快速的电化学反应和良好的电化学可逆性.37相比之下RGP-1具有更好的电化学性能.根据GCD曲线由公式(1)可计算出材料的比容量.38

式中I为充放电电流,Δt为放电时间,m为活性物质的质量,ΔV为电位窗口.

根据公式(1)计算出RGO,PANI,RGP-1和RGP-3在0.5 A·g-1电流密度下的比电容分别为315、303、 758和868 F·g1.可看出复合材料的比容量远大于纯RGO和PANI,且随着复合材料中PANI含量的增多,其比电容也在逐渐增大;而RGP-3虽具有最大的比电容,但其GCD曲线的对称性不及RGP-1的好,且存在着一定的电压降.这主要是由于RGO的导电性优于纯PANI,而在复合材料中PANI的含量过多时导致其内阻增大所致.39

图7(c)为样品RGO、PANI、RGP-1和RGP-3在0.5-30 A·g-1电流密度下根据公式(1)计算得到的比电容曲线.可看出所有样品的比电容均随着电流密度的升高而降低,但PANI和RGP-3的比电容降低较快,且PANI在电流密度为10 A·g-1以上时已无比电容出现;而RGO、RGP-1和RGP-3即使在大电流密度(30 A·g-1)条件下其比电容仍分别可达109、400和283 F·g-1,表现出了良好的倍率特性,但RGO的比电容相对较低.由此可表明,复合后的RGP-1和RGP-3的电化学性能要优于纯PANI和RGO,这主要归结为RGO优异的网状结构和PANI大比容量协同作用的结果.

图7 PANI,RGO,RGP-1和RGP-3的超级电容性能Fig.7 Super capacitor performance of samples PANI,RGO,RGP-1 and RGP-3

图7(d)为PANI、RGO、RGP-1和RGP-3的EIS谱图,其中插图为样品在高频区和中频区的放大图.可以看出,四个样品均存在高频区、中频区和低频区,其中在高频区半圆弧的直径反映了电极/电解液界面的传质电阻Rct;中频区为一条与x轴成45°角的斜线,由电解液中离子在电极材料中的渗透/扩散过程而产生;低频区为一条与x轴垂直的直线,反映材料的电容性能.9,25从高频区的放大图可明显看出,复合材料RGP-1和RGP-3的Rct值均小于纯PANI和RGO的Rct值,这可归因于PANI和RGO的相互协同作用,而RGP-1的Rct值则又小于RGP-3的Rct值,这主要是由于RGO的加入提升了复合材料的电导率,但当PANI的含量增多时复合材料的电阻变化导致其电导率又有所下降;四个样品在中频区的Warbury阻抗区域相差不大,但在低频区中,RGO所表现出的电容特性最好,复合后的RGP-1和RGP-3的电容特性又稍优于纯的PANI,这主要归因于复合材料中RGO形成了疏松的开放孔道结构有利于电解液中离子的传递.40由此可表明,复合材料RGP-1和RGP-3均表现出了良好的超级电容性能,且优于纯PANI,但相比之下RGP-1具有更好的超级电容性能.

图8为RGO、PANI、RGP-1和RGP-3在1 A·g-1电流密度下的循环稳定性曲线.经过1000次充放电循环后RGO、PANI、RGP-1和RGP-3的比容量保持率分别为91%、45%、86%和65%,碳材料RGO具有最高的循环稳定性,这与其特定的结构和储能机理有关.22而复合材料RGP-1的循环稳定性接近于碳材料RGO,显著高于RGP-3和纯PANI,其中纯PANI的循环稳定性最差.可认为复合材料RGP-1具有较好的循环稳定性主要归咎于以下两个方面:第一,RGO的加入可提升复合材料的电导率,且PANI镶嵌在RGO的网状结构中时,在进行快速的充放电过程中能够有效缩短电解液中离子的扩散和迁移路径,能增加活性材料在循环过程中的电化学利用率;39第二,当PANI均匀镶嵌在RGO的网状结构中时,有效阻止了PANI在长时间的充放电循环过程中因体积膨胀而导致其结构的破坏,41而当PANI的含量较多时,由于PANI本身易于团聚难以分散均匀,长时间的循环使其结构不稳定,从而导致复合材料RGP-3的循环稳定性也并不理想.总之,结合图7和图8可发现复合材料RGP-1表现出了最佳的电化学性能.

图8 RGO,PANI,RGP-1和RGP-3在1A·g-1电流密度下的循环性能Fig.8 Cycling performance at a current density of 1A·g-1for RGO,PANI,RGP-1,and RGP-3

4 结论

(1)以GO和PANI的混合分散液为前驱体,采用一步水热法制备RGP复合材料,既有利于PANI的均匀分散,又保持了三维RGO优异的网状结构,作为电极材料时能为电解液中的离子传导提供良好的传输通道和更大的存储面积.

(2)由于RGO的加入能为复合材料提供良好的导电性和优异的网状结构,PANI的加入能为复合材料提供较高的法拉第赝电容,且PANI镶嵌在RGO的网状结构中还存在着一定的空间位阻,二者的相互协同作用使得复合材料RGP表现出了更好的超级电容性能.而当复合材料中PANI的含量增加时, PANI在RGO的网状结构中团聚现象较为严重,虽然具有较大的比电容,但其循环性能并不理想;相比之下,RGP-1比RGP-3和纯PANI与RGO具有更佳的超级电容性能.

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Preparation and Supercapacitive Performance of Three-Dimensional Reduced Graphene Oxide/Polyaniline Composite

WANG Jian-De1PENG Tong-Jiang2,3,*XIAN Hai-Yang3SUN Hong-Juan3
(1School of Materials Science and Engineering,Southwest University of Science and Technology,Mianyang 621000,Sichuan Province,P.R.China;2Center of Forecasting and Analysis,Southwest University of Science and Technology,Mianyang 621010,Sichuan Province,P.R.China;3Institute of Mineral Materials&Application,Southwest University of Science and Technology,Mianyang 621000,Sichuan Province,P.R.China)

Three-dimensional reduced graphene oxide(RGO)/polyaniline(PANI)composite has been prepared in a single step by the ultrasonic irradiation of a suspension of graphite oxide gels and PANI nanowire using a hydrothermal method.Scanning electronic microscopy(SEM),transmission electron microscope(TEM),X-ray diffraction(XRD),Fourier transform infrared spectra(FT-IR),X-ray photoelectron spectra(XPS),and electrochemical measurements were performed to investigate the morphology,structure,and supercapacitive performance of the composite.The result showed that the composite maintained the basic morphology of RGO, and that the PANI was inlayed inside the RGO network.An outstanding supercapacitive performance was obtained when the mass ratio of graphite oxide and PANI was 1:1.Furthermore,the capacities reached 758 and 400 F·g-1at 0.5 and 30A·g-1,respectively.The retention rate was found to be 86%after 1000 cycles at1 A·g.These results therefore indicate that this new composite possesses good rate capability and cycle stability,and that its supercapacitive performance is better than that of pure RGO or PANI.The excellent supercapacitive performance of this composite can be attributed to the mutual synergy of RGO and PANI.©Editorial office ofActa Physico-Chimica Sinica

Graphite oxide gel;Polyaniline;Hydrothermal method; Three-dimensional reduced graphene oxide/polyaniline;Supercapacitive performance

O646

10.3866/PKU.WHXB201411202www.whxb.pku.edu.cn

Received:October 20,2014;Revised:November 19,2014;Published on Web:November 20,2014.

∗Corresponding author.Email:tjpeng@swust.edu.cn;Tel:+86-816-2419276.

The project was supported by the National Natural Science Foundation of China(41272051),Doctor Fund Project by Southwest University of Science and Technology,China(11ZX7135),Postgraduate Innovation Fund Project by Southwest University of Science and Technology,China (14ycx003),and Miaozi Subtopic Project for the Construction of Mianyang Sci-Tech City University Students'Innovative Undertaking Club Demonstration Site,China(2014RZ0038-15).

国家自然科学基金(41272051),西南科技大学博士基金(11ZX7135),西南科技大学研究生创新基金(14ycx003)和绵阳科技城大学生创新创业俱乐部示范点建设苗子工程项目子课题(2014RZ0038-15)项目资助