Модификация восстановленного оксида графена путем проведения полимера с помощью метода гидротермальной полимеризации и его применение в качестве электродов для аккумулирования энергии

Основные исследования

В этой статье, как простой и легкий способ, функциональные группы на оксиде графена (GO) были непосредственно использованы в качестве окислителя для запуска полимеризации 3,4-этилендиокситиофена (EDOT), и нанолисты GO были восстановлены до rGO соответственно в водная среда. Этим простым методом были достигнуты высокая удельная емкость и высокая проводимость композитного электрода. Композитный электрод также показал хорошую устойчивость к циклическим нагрузкам и гибкость, что открывает многообещающие перспективы для создания гибких устройств с высокими эксплуатационными характеристиками.

Введение

В последние годы проводящие полимеры (CP), которые обладают высокой проводимостью и электрохимически активны, были сосредоточены на некоторых многообещающих приложениях, таких как солнечные элементы [1,2,3], датчики [4,5,6,7,8], накопители энергии. устройства [9,10,11] и биоэлектроника [12,13,14]. В устройствах накопления энергии, таких как суперконденсаторы, в качестве высокоэффективных электродов используется проводящий полимер, который может обеспечивать высокую псевдоемкость из-за обратимого процесса окисления / восстановления в электролитах [15,16,17,18]. Чтобы получить электрохимический электрод на основе проводящего полимера с высокой стабильностью, было проведено обширное исследование включения проводящего полимера с углеродными материалами и металлооксидными материалами с наноструктурой [19,20,21,22]. Благодаря высокостабильным характеристикам этих материалов было достигнуто значительное улучшение электрохимической стабильности проводящего полимера, что также привело к созданию устройств с превосходными характеристиками накопления энергии [23, 24]. В этих аспектах включение проводящего полимера с углеродными наноматериалами более подходит для получения композитных электродов с высокой плотностью энергии и плотностью мощности одновременно. Более того, по сравнению с неорганическими материалами превосходная гибкость проводящего полимера также дает преимущества для создания гибких электродов, даже гибких устройств для носимых электронных систем [25,26,27,28,29].

Электроды из проводящего полимера / углеродного наноматериала демонстрируют высокую плотность энергии из-за комбинации псевдоемкости и емкости двойного электрического слоя (EDLC) [15, 30, 31, 32]. Следовательно, оптимизированный синергетический эффект между двумя компонентами жизненно важен для получения композитного электрода с высокой удельной емкостью и высокой стабильностью, а это означает, что характеристики электрода в значительной степени зависят от метода приготовления. Для получения гетероструктурных структур для приготовления проводящий полимер и его композит в качестве электродов суперконденсатора. Что касается метода физического смешивания, необходимо тщательно продумать хорошее распределение и сплавление двух компонентов, чтобы избежать разделения фаз во время длительных циклов. Наряду с химической полимеризацией in situ с окислителем в растворе или газовой среде, благодаря полимеризации мономера на углеродных наноматериалах с помощью термодинамического процесса, в этих композиционных материалах был подтвержден превосходный синергетический эффект [41, 42]. Однако оба этих метода полимеризации in situ затрудняются вымыванием избыточного окислителя, что будет иметь большое влияние на морфологию и связанные с этим характеристики композитов в исходном состоянии [43, 44]. Поэтому у компании есть высокие требования к приготовлению проводящих полимер / углеродных наноматериалов без окислителей, которые позволят производить композит простым и легким способом, сочетающим в себе преимущества углеродных наноматериалов и проводящего полимера.

В этой статье, исходя из технологичности раствора GO и функциональных групп на листах GO, проводящий полимер поли (3,4-этилендиокситиофен) (PEDOT) был закреплен на листах GO с помощью простого метода гидротермальной полимеризации. Функциональные группы на листах GO играют роль окислителя, запускающего полимеризацию мономера 3,4-этилендиокситиофена (EDOT), и был получен нанокомпозит восстановленный оксид графена (rGO) / PEDOT. Благодаря этому безокислительному методу была достигнута ультратонкая и ультрамолекулярная модификация проводящего полимера на нанолистах rGO. Полученный нанокомпозит rGO / PEDOT был изучен как перспективный электрохимический электродный материал для суперконденсаторов.

Материалы и методы

Материалы

Графитовые хлопья, используемые для приготовления GO, были приобретены у Sigma-Aldrich. ОГ был синтезирован из чешуек природного графита, приготовленных по методу Хаммера [45]. Для химической полимеризации in situ мономер EDOT был приобретен у компании Bayer. Другие химические реагенты с аналитической чистотой были приобретены у Chengdu Kelong Chemical Reagent Company и использовались в том виде, в каком они были получены.

Приготовление нанокомпозита rGO / PEDOT

Пятьдесят микролитров мономера ЭДОТ вводили в 50 мл деионизированной воды при перемешивании магнитной мешалкой в ​​течение 2 ч для приготовления раствора ЭДОТ. Стабильная дисперсия GO была приготовлена ​​путем введения 1,5 г листов GO в 30 мл деионизированной воды и перемешивания на магнитной мешалке в течение 1 ч с последующим центрифугированием при 2500 об / мин. Затем 10 мл раствора ЭДОТ по каплям добавляли в раствор ГО при перемешивании магнитной мешалкой при 60 ° С в течение 6 ч, а затем температуру реакции повышали до 90 ° С не менее 2 ч для дальнейшей полимеризации ЭДОТ и восстановления ГО ( рГО / ПЕДОТ1). Схематическая диаграмма полимеризации EDOT и восстановления GO представлена ​​на рис. 1. Чтобы сравнить влияние содержания GO на характеристики полученного композита, различные массы GO были добавлены в деионизированную воду для гидротермальной реакции. Итак, как упоминалось выше в процессе приготовления, все экспериментальные параметры такие же, за исключением массы GO, добавленной в деионизированную воду. Соответственно, из листов GO 3 г, 4 г и 4,5 г были получены композиты rGO / PEDOT2, rGO / PEDOT3 и rGO / PEDOT4 соответственно. Чистый rGO был получен вышеупомянутым гидротермальным методом.

Принципиальная схема гидротермальной полимеризации rGO / PEDOT

Исследование характеристик и электрохимических характеристик

Морфологию поверхности GO и rGO / PEDOT исследовали с помощью сканирующего электронного микроскопа (SEM, Hitachi, Model S-2400). УФ-видимый спектр пленки охарактеризовали на спектрометре UV-1700 (SHIMADZU). ИК-Фурье спектр получали на анализаторе ALPHA (Германия). Для испытания на проводимость полученный порошок rGO и композит прессовали в цилиндрическую форму размером 5 мм (радиус) × 2 мм (высота) и испытывали при комнатной температуре. Электропроводность была проверена с помощью испытательной системы с четырьмя зондами SX193 (Байшен, Сучжоу, Китай). XPS-спектры снимали на фотоэлектронном спектрометре Escalab 250Xi (Thermo Fisher Scientific, США). Рамановские спектры регистрировали на модели Alpha300 с лазером с длиной волны 532 нм (WITec, Германия). Электрохимические характеристики исследовали с использованием электрохимической рабочей станции CHI600 (Ченхуа, Шанхай, Китай). Циклическая вольтамперометрия (CV), гальваностатический заряд-разряд (GCD) и спектроскопия электрохимического импеданса (EIS) были выполнены с 1 моль / л H ₂ SO ₄ водный электролит с использованием платинового листа в качестве противоэлектрода и Ag / AgCl в качестве электрода сравнения. Все измерения проводились при температуре окружающей среды.

Результаты и обсуждение

УФ-видимый спектр GO, гидротермально обработанного rGO и гидротермально-полимеризованного rGO / PEDOT показан на рис. 2. Чистый GO показывает две основные полосы поглощения, а максимальный пик представлен на длине волны 225 нм, относящейся к π → π * переход связи C =C. Слабый пик поглощения при 297 нм в результате n → π * также наблюдается переход связи C =O [46]. После гидротермальной обработки полученный rGO показывает различные характеристические пики, свидетельствующие о том, что пик с длиной волны 225 нм смещается до 241 нм, а пик с длиной волны 297 нм исчезает. Этот результат указывает на то, что гидротермальная обработка частично удаляет функциональные группы на листах GO. Цвет раствора GO также меняется с желтого на темно-черный после этой гидротермальной обработки (как показано на рис. 1). На рис. 2 видно, что композит rGO / PEDOT показывает пик поглощения при 270 нм, который происходит от π → π * переход рГО [46]. Кроме того, в спектре появляется широкий пик поглощения от 450 нм до длины волны ближнего инфракрасного диапазона из-за типичного поглощения поляронов и биполяронов в полимеризованном PEDOT [24]. После добавления мономера EDOT в раствор GO гидротермальная обработка запускает полимеризацию EDOT, и GO соответственно восстанавливается до rGO, и этот метод полимеризации без окислителей успешно дает композит rGO / PEDOT в водной среде. Из рис. 2 также видно, что с увеличением массы GO во время гидротермальной полимеризации полученный rGO / PEDOT демонстрирует более очевидный сдвиг пика поглощения, возрастающий от π → π * переход на более длинную волну, чем чистый rGO. Этот результат показывает, что больше функциональных групп в ГО было использовано для запуска полимеризации ЭДОТ в условиях отсутствия окислителя.

УФ-видимый спектр GO, гидротермально-обработанного rGO и гидротермально-полимеризованного rGO / PEDOT

FT-IR и рамановский анализ использовали для дальнейшего подтверждения того, какие функциональные группы запускают полимеризацию мономера EDOT во время гидротермальной обработки. На рис. 3а показан ИК-Фурье-спектр GO, гидротермально обработанного rGO и различных композитов rGO / PEDOT. Пики поглощения при 3395 см ⁻¹ и 1726 см ⁻¹ происходят от валентного колебания связи C – OH и связи C =O, расположенной на краю GO. 1620 см ⁻¹ пик представляет собой поглощение колебаний связи C =C и 1420 см ^-1 пик, возникающий от деформированной связи –OH на плоскости GO [47]. 1188 см ⁻¹ пик возникает из-за колебания связей C – O [48]. После гидротермальной обработки пики расположены на 3395 см ⁻¹ и 1419 см ⁻¹ были явно ослаблены, что указывает на частичное удаление группы –ОН. Пиковая плотность находится на уровне 1726 см ⁻¹ и 887 см ⁻¹ в результате поглощения –OH и C – O – C, которое также заметно ослабевает и даже исчезает, что указывает на то, что указанные функциональные группы были восстановлены и реализуются как возможные активные центры для полимеризации ЭДОТ [49, 50]. Уменьшение количества GO также подтверждается данными о том, что пиковая плотность 1571 см ⁻¹ очевидно усиливается в результате поглощения связи C =C, что указывает на восстановление простой сопряженной структуры rGO [51].

а ИК-Фурье-спектры GO, гидротермально-обработанного rGO и гидротермально-полимеризованного rGO / PEDOT. б Рамановские спектры GO, гидротермально-обработанного rGO и гидротермально-полимеризованного rGO / PEDOT

После гидротермальной обработки раствора EDOT / GO в ИК-Фурье-спектре композита видны характерные пики полимера PEDOT. Видно, что в спектре композита наблюдаются серийные пики при 687 см ⁻¹ . , 839 см ⁻¹ , 930 см ⁻¹ , и 980 см ⁻¹ , которые возникают из-за колебания связи C-S в PEDOT [52, 53]. Кроме того, пики, расположенные на 1026 см ⁻¹ , 1137 см ⁻¹ , и 1195 см ^{- 1} наблюдались также из-за растягивающего поглощения связи C – O – C в алкилендиокси [54, 55]. Следовательно, сравнивая FT-IR спектр GO с rGO / PEDOT, отчетливое исчезновение –OH (расположенного при 1420 см ⁻¹ ) и C – O – C (расположены на 887 см ⁻¹ ) наблюдалась абсорбция, что указывает на то, что эти две функциональные группы запускают полимеризацию ЭДОТ в основном во время гидротермальной обработки [56].

Рамановский спектр GO, гидротермально-обработанного rGO и гидротермально-полимеризованного rGO / PEDOT показан на рис. 3b. По сравнению с чистым GO и rGO, rGO / PEDOT показывает новые характеристические пики при 1427 см ^-1 и 1501 см ⁻¹ , и эти пики приписываются симметричному и асимметричному валентному колебанию связи C =C в PEDOT. Пики, расположенные на 1361 см ⁻¹ и 1267 см ⁻¹ относятся к C _β –C _β и C _α –C _α тиофенового кольца. Пик расположен на 987 см ⁻¹ возникает из-за деформированного колебания оксиэтиленового кольца [57]. Два пика на 2856 см ⁻¹ и 2939 см ⁻¹ относятся к легированным ПЭДОТ [58,59,60].

Для дальнейшего исследования полученного композита используется анализ XPS, чтобы подтвердить восстановление GO и полимеризацию мономера EDOT. На рис. 4 представлены полные РФЭС-спектры композита после гидротермальной обработки. Это ясно показывает, что в композите распределяются только элементы C, S и O. Пик при 980 эВ соответствует оже-пику элемента O, а пик при 529 ~ 537 эВ приписывается O _1s . Пики при 229 эВ и 165 эВ являются результатом S _1s и S _2p , соответственно. Согласно относительному содержанию C, O и S в композите, расчетное атомное отношение C / O, C / S и O / S составляет 3,42, 14,95 и 4,38 соответственно. Было обнаружено, что фактическое соотношение атомов C / S и O / S выше, чем у чистого PEDOT (10,33 и 4,07). Мы пришли к выводу, что -OH и C-O-C запускают полимеризацию мономера EDOT в первую очередь, и некоторые другие функциональные группы в GO не будут восстановлены в этом процессе. Таким образом, остаточные группы в rGO увеличивают соотношение атомов C и S.

XPS-спектры rGO / PEDOT. а Полный спектр. б C _1s . c O _{1 с} . г S _2p

На рис. 4b, c и d показаны соответствующие пики C1s, O1s и S2p rGO / PEDOT, полученные с помощью XPS. В спектрах C1s высокоинтенсивный пик, расположенный при 284,8 эВ, приписывается sp2-гибридизации по связям C – C / C =C [61]. Пики, расположенные при 285,8 эВ и 288,8 эВ, возникают от связи C – S в PEDOT и не удаленном карбоксиле, соответственно. Пик в 286,7 эВ является результатом связи C-O-C в тиофеновом кольце. Что касается пиков O1s, пик, расположенный при 533,1 эВ, приписывается эпоксидной группе и связи C – O – C в PEDOT, а пики при 531,8 и 533,7 эВ происходят от не удаленных карбоксильных и карбонильных групп на краю rGO. Подгоночные спектры S2p показывают два пика при 163.9 эВ и 165.1 эВ, которые являются результатом спиновых пиков S2p3 / 2 и S2p1 / 2 в C – S – C PEDOT [62]. Более того, было обнаружено, что по сравнению со спектром РФЭС чистого rGO, полученным гидротермальным методом [63], сдвиг энергии связи около 0,6 эВ наблюдался в композите rGO / PEDOT, и мы связываем это с взаимодействием между rGO и полимеризованный PEDOT, что согласуется с результатами FT-IR. Комбинируя анализ FT-IR и XPS, мы можем дополнительно подтвердить, что оксгидрильные и эпоксидные группы в листах GO действуют как первичные активные центры, запускающие полимеризацию мономера EDOT, а композит rGO, модифицированный проводящим полимером, был получен путем простой гидротермальной полимеризации без окислителей. метод. Из приведенных выше результатов мы предварительно объясняем механизм полимеризации. Например, группы C-O-C, действующие в качестве триггера полимеризации в среде нагрева водяной бани, связь C-O в кольце GO начинает разрываться, делая атом O отрицательно заряженным, и одновременно начинает разрываться связь C-H в EDOT. Следовательно, под действием электростатики неспаренные свободные электроны в атоме O кислородной группы кольца GO притягивают разорванный H ⁺ из мономера ЭДОТ. Соответственно, образуется связь O-H в положении эпоксидной группы, и мономер EDOT становится EDOT ^- радикальный. Комбинируя с двумя H ⁺ ионы, атом O в эпоксидной группе отрывается от GO с образованием молекулы воды, и новая молекула EDOT становится EDOT ^- снова радикальный. После этого шага радикал EDOT связывается с новой нейтральной молекулой EDOT и образуется димерный радикал EDOT. В то же время другие мономеры EDOT продолжают объединяться с GO, и GO постепенно восстанавливается, что сопровождается образованием воды. Затем димерные радикалы EDOT, образованные на этапе 2, перемещаются к эпоксидной группе в GO за счет электростатического взаимодействия, после чего образуется PEDOT с высокой степенью полимеризации. Полная схематическая иллюстрация реакции показана на рис. 5. Более того, возможное соединение листов графена связующим EDOT посредством окислительно-восстановительной реакции также улучшило бы проводящие характеристики композита.

Схема механизма гидротермальной полимеризации rGO / PEDOT

На рис. 6 показаны СЭМ-изображения rGO и rGO / PEDOT, подвергнутые гидротермальной обработке. После гидротермальной обработки полученный rGO демонстрирует типичную морфологию морщин (как показано на фиг. 6b), которая не показывает явных отличий от листов GO (как показано на фиг. 6a). Что касается композита rGO / PEDOT, представлена ​​морфология листов rGO, покрытых частицами PEDOT (как показано на рис. 6c), что также подтверждается анализом ПЭМ (как показано на рис. 6d). Эти результаты показывают, что частицы PEDOT успешно закрепляются на листах rGO с помощью метода гидротермальной полимеризации без окислителя. Анализ EDS также подтверждает закрепление слоя PEDOT на листах rGO с доказательством того, что распределение элементов S и O представлено в композитном слое.

SEM-изображения a GO, b гидротермально очищенное жидкое топливо, c гидротермально-полимеризованный rGO / PEDOT, и d ТЕМ изображение rGO / PEDOT

Из-за уменьшения содержания GO в rGO и закрепления высокопроводящего PEDOT на листах rGO, полученный композит rGO / PEDOT будет иметь преимущество для повышения проводимости. В таблице 1 показана проводимость GO, rGO и rGO / PEDOT после гидротермальной обработки. Очевидное увеличение проводимости достигается после гидротермального перемешивания, что указывает на частичное восстановление GO до rGO. Более того, после гидротермальной реакции с добавлением мономера EDOT полученный композит демонстрирует резкое повышение проводящей способности. По сравнению с rGO, подвергнутым гидротермальной обработке, в rGO / PEDOT наблюдается увеличение проводимости почти на 4 порядка благодаря значительному уменьшению количества GO и нанесению высокопроводящего PEDOT на листы rGO. Таблица 1 также показывает, что массовое соотношение ГО демонстрирует отчетливое влияние на проводящие характеристики полученного композита, а оптимизированное добавление 4 г ГО приводит к наивысшей проводимости, которая является результатом эффективной полимеризации EDOT и закрепления PEDOT на rGO.

Этот высокопроводящий композит может быть легко нанесен на различную подложку с помощью методов распыления или центрифугирования при оценке электродных материалов и электрохимических характеристик. На рисунке 7 показаны кривые циклической вольтамперометрии (CV) электродов из rGO, подвергнутых гидротермальной обработке, и электродов из rGO / PEDOT, подвергнутых гидротермальной полимеризации (рис. 7a – d). Видно, что после модификации ПЭДОТ на листах рГО было достигнуто заметное увеличение площади КВА. И псевдоемкость PEDOT, и емкость двойного электрического слоя (EDLC) rGO относятся к общей емкости композитных электродов. С увеличением скорости сканирования наблюдается относительное увеличение площади CV-отверждения, что указывает на превосходные емкостные характеристики композитных электродов. На рис. 7д показаны ВАХ композитных электродов rGO / PEDOT, приготовленных с различным соотношением масс GO / EDOT. Было показано, что с увеличением содержания GO при постоянном содержании мономера EDOT, полученные электроды rGO / PEDOT имеют большую удельную емкость (SC) из-за того, что большее количество GO восстанавливается до rGO, а мономер EDOT более эффективно полимеризуется в PEDOT. Этот результат также согласуется с исследованием проводящих характеристик и указывает на то, что надлежащее содержание GO в гидротермальной реакции необходимо оптимизировать для получения композита с хорошими проводящими и электрохимическими характеристиками.

Кривые CV а rGO, b rGO / PEDOT1, c rGO / PEDOT2 и d rGO / PEDOT3 при разной скорости сканирования, и e сравнивали CV-кривую rGO с различными rGO / PEDOT при скорости сканирования 30 мВ / с

Также тестируются кривые зарядки и разрядки при постоянном токе (GCD) различных электродов rGO / PEDOT, которые показаны на рис. 8a – c. С увеличением плотности тока сканирования наблюдается относительное увеличение площади отверждения GCD, что указывает на превосходные зарядно-разрядные характеристики композитных электродов. Характеристики GCD композитных электродов также показывают зависимость от содержания GO, которая показана на рис. 8d. С увеличением содержания GO во время гидротермальной полимеризации наблюдается увеличение площади кривой GCD для полученных композитных электродов, что указывает на то, что улучшенные характеристики накопления энергии могут быть достигнуты при оптимизированном массовом соотношении GO во время гидротермальной реакции, что демонстрирует ту же тенденцию с CV производительность.

Кривые GCD a rGO, b rGO / PEDOT2 и c rGO / PEDOT3 с увеличением плотности тока сканирования. г Кривые НОД для rGO и различных электродов rGO / PEDOT при 0,053 А / см ³ плотность тока сканирования

Таблица 2 показывает рассчитанную удельную емкость (SC) для электродов из rGO / PEDOT. Из таблицы видно, что правильное соотношение масс ОГ явно влияет на характеристики КЗ полученных композитных электродов. КС композитного электрода увеличивается с 120,5 Ф / г до 202,7 Ф / г при увеличении массы ОГ с 1,5 г до 4 г, что целесообразно для более полного восстановления ОГ и получения полимеризованного ПЭДОТ. Когда массовое отношение GO было увеличено до 4,5 г, был представлен уменьшенный SC композитного электрода около 183,3 F / г. Это хороший результат, который состоит из исследования проводимости, представленного в таблице 1. Мы пришли к выводу, что чрезмерное добавление GO привело к отчетливой агрегации, и соответственно произошло уменьшение удельной емкости композитного электрода. После закрепления частицы PEDOT на листах rGO при надлежащей концентрации GO введение псевдоемкости PEDOT, очевидно, увеличило бы удельную емкость, чем электрод из чистого rGO. Наши композитные электроды показывают более высокую удельную емкость (SC), чем зарегистрированные электроды из чистого rGO с различной архитектурой [64, 65], ранее описанные нами композитный электрод rGO / PEDOT, полученный методом окислительной полимеризации [66], композитные электроды из rGO / PEDOT:PSS [ 67, 68], композит rGO / полипиррол (PPY) [69] и наш электрод PEDOT / rGO, полученный в результате физического смешения (таблица 3). Эти электроды также показывают сопоставимые характеристики SC с электродом с высоким SC rGO / полианилин (PANi) [70], но демонстрируют более высокую проводимость, что является преимуществом для создания устройств с высокой удельной мощностью. Кроме того, как пористые электродные материалы, наш композитный электрод имеет толщину 66,5F см ⁻³ . объемная емкость (VC), которая была сопоставима для электрода с высоким VC, изготовленного из графенового аэрогеля / проводящих полимеров [71].

На рис. 9а показаны графики Найквиста для электродов из rGO и различных композитных электродов rGO / PEDOT. Видно, что композитные электроды показывают меньшее внутреннее сопротивление (Rs), чем чистый rGO. Электрод с наименьшим Rs получается в результате оптимизированной гидротермальной реакции при оптимизированном массовом соотношении GO / EDOT, который может запускать полимеризацию EDOT эффективно и полностью восстанавливать GO, а полученные электроды демонстрируют более высокую проводящую способность. Этот результат Rs также хорошо согласуется с результатом проводимости различных электродов, упомянутых выше. Также оценивается быстродействие композитных электродов rGO / PEDOT и rGO, полученных в результате гидротермальной реакции, и эти характеристики жизненно важны для фактического применения в приложениях для хранения энергии. Как показано на рис. 9b, электроды rGO / PEDOT демонстрируют хорошую способность к циклированию, а удельная емкость сохраняется выше 90% после более чем 9000 циклов при плотности тока сканирования 1,0 А / г. Поскольку мы знаем, что чистый проводящий полимер будет демонстрировать плохую электрохимическую стабильность после длительных циклов, наши композитные электроды rGO / PEDOT демонстрируют хорошую стабильность после длительных циклов. Мы связываем это с превосходной механической прочностью rGO, которая обеспечивает стабильную поддержку полимеру PEDOT в процессе зарядки / разрядки. Кроме того, этот композитный электрод также демонстрирует превосходную гибкость, которая охарактеризована и показана на фиг. 9c. Видно, что более 95% начальной емкости электрода сохраняется после трех тысяч свободного изгиба, что показывает многообещающие характеристики для создания гибких устройств накопления энергии.

а Характеристики EIS гидротермально-обработанного GO и гидротермально-полимеризованного rGO / PEDOT. б Циклическая характеристика электродов rGO / PEDOT при плотности тока сканирования 1,0 А / г, вставки представляют собой оптическое изображение rGO / PEDOT, нанесенного на ITO и хлопчатобумажную ткань. c Емкостная надежность гибкого электрода rGO / PEDOT3

Выводы

Нанокомпозит rGO / PEDOT был успешно получен методом гидротермальной полимеризации. Ультратонкий проводящий слой PEDOT был построен на листах rGO методом безокислительной полимеризации в водном растворе GO. В этой гидротермальной реакции функциональные группы на листах GO запускают полимеризацию EDOT, и GO соответственно восстанавливается до rGO. Результаты проводящих и электрохимических характеристик показали, что rGO, закрепленное на PEDOT, демонстрирует высокую проводимость и демонстрирует повышенную способность аккумулировать энергию, чем чистое rGO, полученное гидротермальным способом. Кроме того, превосходная механическая способность rGO обеспечивает надежную поддержку для проведения PEDOT одновременно во время процесса накопления энергии. Эта высокопроводящая наноструктура из проводящего полимера PEDOT на rGO имеет многообещающее применение для создания высокоэффективных электрохимических электродов и гибких устройств.

Доступность данных и материалов

Все наборы данных представлены в основном документе или в дополнительных вспомогательных файлах.

Сокращения

CPs:

Conducting polymers

Резюме:

Циклическая вольтамперометрия

EDLC:

Electric double layer capacitance

EDOT:

3,4-ethylenedioxythiophene

EDOT:

Polymerization of 3,4-ethylenedioxythiophene

EIS:

Электрохимическая импедансная спектроскопия

GCD:

Galvanostatic charge–discharge

GO:

Оксид графена

PANi:

Полианилин

PEDOT:

Poly (3,4-ethylenedioxythiophene)

PPY:

Polypyrrole

PSS:

Poly (styrenesulfonate)

rGO:

Восстановленный оксид графена

Rs:

Resistant

SC:

Specific capacitance