Page 97 - 精细化工2019年第10期

第 10 期 阚 侃，等: 交联状聚苯胺包覆碳纤维复合纳米线制备及电容特性 ·2063·

PANI/CNF20 、 PANI/CNF30 、 PANI/CNF40 和
PANI/CNF50 样品的质量保留率分别为 59.1%、
63.9%、69.6%和 74.3%。同样温度下，CNF 含量越
高，热稳定性越好。这是由于复合材料样品失重主
要来自于 PANI 分解，骨架上 PANI 包覆层的厚度越
薄，PANI/CNF 样品失重越少。
图 4 为 CNF、PANI 和 PANI/CNF 的 FTIR 光谱
–1
图。PANI 样品在 1571 cm 处为 PANI 内醌环的 C==C
伸缩振动吸收峰，1493 cm –1 处为 PANI 内苯环的

–1
C==C 伸缩振动吸收峰，1304 cm 处为 C—N 伸缩 图 5 CNF、PANI 和 PANI/CNF 的 Raman 谱图（激光激
–1
振动吸收峰，1154 cm 处为 PANI 的 N==Q==N 伸 发波长：458 nm）
缩振动吸收峰 [28] 。PANI/CNF 样品同样存在 PANI Fig. 5 Raman spectra of CNF, PANI and PANI/CNF samples
(Laser excitation wavelength: 458 nm)
的特征吸收峰，这表明 PANI 成功地包覆在 CNF 表
图 6 为 CNF、PANI 和 PANI/CNF 的 XRD 谱图。
面。随着 CNF 量的增加，PANI 特征吸收峰 1571、
–1
1493、1304 和 1154 cm 的波数发生红移，分别变 CNF 在 2θ=24.8°处出现一个对应于石墨化碳的
[31]
–1
为 1558、1477、1298 和 1105 cm 。这是由于，PANI （002）晶面衍射峰 。该峰强度很弱且分布较宽，
说明 CNF 的结晶度很低，以无定型状态为主。PANI
与 CNF 发生相互作用，增加了 PANI 分子链中电子
在 2θ=15.0°和 25.3°的衍射峰分别为 PANI 聚合物有
的离域能力，导致键的共振频率降低，即共轭大 π
键上电子的流动能力得到了加强 [29] 。 序分子链的周期性垂直和平行非晶面衍射峰。2θ=
20.3°的衍射峰是由于 PANI 聚合物有序分子链间的
[32]
交替间距产生的 。PANI/CNF 的 XRD 图中出现了
CNF 和 PANI 衍射峰的叠加。PANI 特征衍射峰的强
度随着 CNF 质量比的增加变强。这一现象的产生是
由于 CNF 和 PANI 的相互作用。在 PANI/CNF 复合纳
米线制备过程中，PANI 聚合物分子链与 CNF 间存
在较强的 π–π 共轭作用。PANI 以 CNF 骨架为模板
沿着碳骨架聚合生长，使 PANI 分子链的有序度增加。

图 4 CNF、PANI 和 PANI/CNF 的 FTIR 谱图
Fig. 4 FTIR spectra of CNF, PANI and PANI/CNF samples

图 5 为 PANI、CNF 和 PANI/CNF 复合纳米线的
–1
Raman 谱图。PANI 样品 1345 cm 处归属于 C—N
–1
的伸缩振动，1592 cm 处为 PANI 内醌环的 C==C
–1
伸缩振动峰 [30] 。CNF 样品的 1359 和 1569 cm 两个

特征峰分别归属于非石墨化晶体的不规则散射峰的 图 6 CNF,、PANI 和 PANI/CNF 的 XRD 谱图

2
D-band 和由于 2D 六方晶体中 sp 碳原子的振动产生 Fig. 6 XRD patterns of CNF, PANI and PANI/CNF samples
的 G-band。这两个峰的相对强度比（I G /I D ）可以反
综合分析以上表征结果，通过调整 CNF 的质量
映出材料的结晶程度。CNF 样品的 I G /I D =1.18，表
明 CNF 中含有较多的缺陷，石墨化程度较低 [31] 。 分数，可以增强 PANI 聚合物分子链与 CNF 骨架间
的共轭作用，调控 CNF 表面 PANI 包覆层的有序度
PANI/CNF 样品的 Raman 谱图中，随着 CNF 质量比
和厚度，并进一步控制 PANI/CNF 复合纳米线的三
的增加，D-band 和 G-band 峰发生蓝移且变得尖锐。
维空间结构，使 PANI/CNF 复合纳米线在作为超级
这说明，PANI 聚合物分子链沿着 CNF 骨架生长得
电容器电极材料时，在有效提高 PANI 的利用率的
更加有序，且 CNF 与 PANI 间发生了较强的 – 共
轭作用。这种相互作用对 PANI 的特征峰具有 Raman 同时具有利于电解液离子扩散的空间结构。因此，
本文选择形貌和结构适用于电极材料的 PANI/CNF40
增强作用。