以氧化石墨烯(GO)為基體，采用界面聚合法制備了聚苯胺納米纖維/氧化石墨烯的復合物(PANI/GO)，經水合肼還原和APS再氧化得到聚苯胺納米纖維/石墨烯復合物(PANI/GR)。用FT-IR、UVVis、XRD、SEM 和TEM 對復合物的結構和形貌進行表征，結果表明氧化石墨烯不僅為苯胺提供了聚合的基體，同時對聚苯胺有摻雜作用，聚苯胺纖維夾在片狀石墨烯之間呈現“三明治”結構。通過循環伏安和恒流充放電測試發現，PANI/GR 復合材料表現出雙電層電容和法拉第贗電容雙重特點，受協同效應的作用，在電流密度為400mA/g時，比容量高達460F/g，呈現出優異的電化學活性。

1、引言

　　隨著能源消耗的快速增長和環境污染問題的日益嚴重，開發清潔、可持續的新能源成為科學家的重要任務。在各種儲能裝置中，超級電容器(也稱電化學電容器)具有比常規電容器更大的比能量，比蓄電池更高的比功率和出色的循環使用壽命，充電迅速、環保且維護成本低，近年來受到科研工作者的廣泛重視，其中高性能電極材料是超級電容器的關鍵部分。導電聚合物和新型碳材料的出現為超級電容器電極材料的研究提供了新的思路。在諸多的導電聚合物中，聚苯胺由于制備簡單、成本低廉、良好的氧化還原可逆性和較高的比容量，是被研究最廣的導電聚合物，但目前聚苯胺材料作為電極材料尚存在穩定性較差的缺點，制約了其實際應用。石墨烯為二維平面結構，具有優異的機械性能、導電性能和較高的比表面積。本文利用石墨烯對聚苯胺進行改性，采用界面聚合方法控制聚苯胺的形貌，進而制備得到石墨烯與聚苯胺纖維構成的“三明治”結構復合物，提高其比電容量，有望用于超級電容和其它能源領域。

2、實驗

　　2.1、聚苯胺纖維/石墨烯復合物的制備

　　2.1.1、試劑

　　聚四氟乙烯乳液(質量分數為60%，SigmaAldrich);石墨：化學純，國藥集團化學試劑有限公司;鹽酸、濃硫酸、硝酸鈉、高錳酸鉀、雙氧水、無水乙醇、四氯化碳、丙酮、正己烷、水合肼(N2H4·H2O)、過硫酸銨(APS)、苯胺(An)均為分析純，國藥集團化學試劑有限公司;乙炔黑為市售分析純。其中苯胺經二次減壓蒸餾后使用。

　　2.1.2、聚苯胺的制備

　　將5mmol苯胺加到500mL的四氯化碳中作為有機相，充分分散。在500mL的1mol/L的鹽酸中加入1.25mmol的APS形成水相。將有機相移入反應器中，并小心移入水相后適當攪拌，以促使有機相中的苯胺單體到達兩相的界面，加速聚苯胺的生成。反應10h后，收集界面上的墨綠色產物，離心分離，用水、丙酮反復洗滌，于60℃的真空烘箱中干燥24h。2.1.3　聚苯胺纖維/石墨烯復合物的制備首先按文獻的方法，利用改進的Hummers法制備了氧化石墨。取一定量的氧化石墨分散于鹽酸溶液中，加入一定量的過硫酸銨，超聲振蕩3h形成無機相;將苯胺單體分散于四氯化碳中形成有機相;進而小心將水相移入到有機相中，保持氧化石墨與苯胺單體的質量比為1∶10，反應10h后收集產物，依次用水、丙酮和乙醇洗滌后，于60℃的真空烘箱中干燥24h，得到聚苯胺纖維/氧化石墨烯(PANI/GO)復合物。取0.5g　PANI/GO復合物于三頸燒瓶中，加入200mL去離子水，超聲振蕩后滴入0.6mL的水合肼，強烈攪拌下在98℃回流1.5h，得到還原態PANI/GO，中間產物呈黑色，水洗數次后再將其分散于50mL的1mol/L的鹽酸中，加入0.3g的APS，室溫下攪拌12h，得到PANI/GR，過濾，依次用水、乙醇、正己烷洗滌數次，于60℃的真空烘箱中干燥12h后備用。在相同的條件下，用水合肼還原GO，制備了GR。

　　2.2、電極的制備及測試

　　按質量比85∶10∶5將復合物、乙炔黑和聚四氟乙烯乳液混合，滴加少量無水乙醇充分研磨成漿液，將得到的漿料均勻地涂在不銹鋼集流體上，于8MPa的壓力下將其碾壓，置于60℃的真空烘箱中烘干24h，得工作電極。電化學性能的測試均采用三電極體系，以1mol/L的硫酸為電解質，鉑片電極為對電極，飽和甘汞電極為參比電極(SCE)。利用CHI660A 電化學工作站(上海辰華儀器有限公司)研究其電化學性能。

　　2.3、結構與形貌表征

　　用日立公司S-4800型場發射掃描電鏡(SEM)和日本電子公司JEOL-2100型透射電鏡(TEM)分析樣品的形貌。分別采用德國布魯克AXS有限公司的D8Advance型X射線衍射儀(XRD)，美國ABB公司的2000-104型傅立葉變換紅外儀(FT-IR)和北京瑞利分析儀器公司的UV-1100型紫外-可見分光光度計(UVVis)對樣品的結構進行分析。

4、結論

　　采用界面聚合、水合肼還原和APS再氧化，得到了“三明治”結構的PANI/GR復合物;氧化石墨烯為聚苯胺纖維的形成提供了載體，還原態GR對PANI起到摻雜作用;在電流密度為400mA/g時，PANI/GR復合物的比電容量高達460F/g，具有潛在的應用前景。