Page 99 - 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 ·2065·

于复合纳米线交联状 CNF 和荆棘状 PANI 有效地结 图为用耦合非线性薛定谔方程理论拟合的等效电路
合，提高了材料表面的利用率。 图。CNF 电极拟合得到的 R s 电阻值为 1.2613 Ω，低
频区接近直线，表现为良好的双电层电容特性。
PANI 电极在高频区半弧较大，R s 值为 5.1725 Ω，表
明界面电阻较大。低频区直线几乎垂直于实轴，表
明 PANI 具有良好的电容特性。PANI/CNF40 电极的
R s 值为 1.7706 Ω，高频区圆弧的半径比 PANI 要小
得多。这是因为，复合纳米线的三维空间结构和相
互联通的碳骨架有利于电子从溶液转移到电极表
面，降低了溶液与材料之间的接界电阻，导致 R s 减
小。对比低频区直线，PANI/CNF40 电极表现出较
好的电解液离子扩散行为。PANI/CNF40 体现出双

图 9 CNF、PANI 和 PANI/CNF40 的 N 2 吸附-脱附曲线 电层电容特性和赝电容特性，接近于理想的电极材料。
Fig. 9 N 2 adsorption-desorption isotherms of CNF, PANI
and PANI/CNF40

2.2 PANI/CNF 复合纳米线的电容特性研究
图 10 为 PANI、CNF 和 PANI/CNF40 电极的 CV
曲线，扫描速度 10 mV/s。CNF 电极的 CV 曲线呈
准矩形特征，表明 CNF 电极为双电层电容特性。
PANI 电极的 CV 曲线出现了两对氧化还原峰。一对
为 PANI 半导体状态和翠绿亚胺导电状态转变的氧
化还原反应；另一对为 PANI 醌式结构和苯式结构
[3]
转变，表明 PANI 电极为赝电容特性 。与 PANI 电
图 11 CNF、PANI 和 PANI/CNF40 电极的电化学阻抗
极相比，PANI/CNF40 电极两对氧化还原峰的位置
Nyquist 图
发生了偏移。这是由于，CNF 与 PANI 之间的相互 Fig. 11 Nyquist plots of CNF, PANI, and PANI/CNF40
作用改变了氧化还原反应时对应的电位。电极的比 electrodes
电容与 CV 曲线的面积成正比。PANI/CNF40 电极
图 12 为 CNF、PANI 和 PANI/CNF40 电极的
CV 曲线图的面积明显大于 CNF 和 PANI 电极，这
GCD 曲线，电流密度 1.0 A/g。
表明 CNF 与 PANI 的复合有效地提高了比电容。

图 12 CNF、PANI 和 PANI/CNF40 电极 GCD 测试曲线
图 10 CNF、PANI 和 PANI/CNF40 电极 CV 测试曲线 Fig. 12 GCD tests of CNF, PANI and PANI/CNF40 electrodes
Fig. 10 CV curves of CNF, PANI, and PANI/CNF40 electrodes
CNF 电极的 GCD 曲线呈准三角形的特征，为
PANI、CNF 和 PANI/CNF40 电极的 EIS 测试结 双电荷电容特性，且具有可逆性。PANI 电极的 GCD
果见图 11。Nyquist 曲线由高频区半弧和低频区直线 曲线呈现偏离对称三角的特征，为赝电容特性。
组成。高频区半弧反应电解质在电极内部的传质阻 PANI/CNF40 电极的 GCD 曲线表现为明显的非线性
力。低频区直线是电极具有电容特性的表现。理想 对称赝电容特征，表明复合纳米线中 PANI 具有良
[3]
极化电极的低频区应是一条垂直于实轴的直线。插 好的氧化还原可逆性 。在 1.0 A/g 时，CNF、PANI