CP@NiAl-LDH復(fù)合材料的制備及其超級(jí)電容器性能

普穎慧 杜東峰 于世凡 邢 偉

(中國(guó)石油大學(xué)(華東)理學(xué)院，青島 266580)

電化學(xué)超級(jí)電容器是一種介于傳統(tǒng)電容器和電池之間，以極化電解質(zhì)方式儲(chǔ)能的新型裝置[1-2]，與電池相比，它具有更高的功率密度、更長(zhǎng)的循環(huán)壽命和更快速的充放電性能。此外，還具備低碳環(huán)保的特點(diǎn)，使其應(yīng)用前景非常廣闊。但是，相對(duì)較低的能量密度限制了它們的實(shí)際應(yīng)用[3]，而電極材料的選擇則是影響超級(jí)電容器性能的重要因素，因此，尋找合適的電容器電極材料是解決電容器性能的關(guān)鍵[4-8]。

雙金屬氫氧化物(LDHs)是一類(lèi)特殊結(jié)構(gòu)和功能的主客體化合物，因其層狀結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的高表面積和不同金屬離子帶來(lái)的多種性質(zhì)，受到了廣泛的關(guān)注。獨(dú)特的二維空間結(jié)構(gòu)使其具備電化學(xué)活性的金屬離子在層板上呈原子級(jí)的高分散狀態(tài)，通過(guò)氧化還原反應(yīng)產(chǎn)生非常大的法拉第贗電容。但純的LDHs由于導(dǎo)電性差、易團(tuán)聚等特點(diǎn)嚴(yán)重的影響了LDHs的電化學(xué)性能。為了解決這一難題，學(xué)者們將碳基材料與LDHs進(jìn)行復(fù)合構(gòu)建LDH/碳復(fù)合材料，利用碳材料獨(dú)特的理化性質(zhì)(如：優(yōu)異的導(dǎo)電性)提升LDH/碳復(fù)合材料的整體性能，有效地阻止LDH的堆疊，實(shí)現(xiàn)LDH電化學(xué)性能的高效利用[9-10]。Wimalasiri和其團(tuán)隊(duì)[11]利用帶正電的LDHs與帶負(fù)電的石墨烯靜電相互作用組裝了NiAl-LDHs/石墨烯復(fù)合材料，石墨烯的存在能夠增強(qiáng)材料的導(dǎo)電性，并且電容性能得以提升。但碳基材料主要依賴(lài)于雙電層儲(chǔ)能，自身的電容非常低，并能夠進(jìn)一步的提升LDH/碳復(fù)合材料的理論容量。因此，采用導(dǎo)電性良好的贗電容材料為基底，構(gòu)建LDH復(fù)合材料是非常有必要的。

導(dǎo)電聚合物作為一種法拉第贗電容電極材料[12]，具有成本低、易合成等特點(diǎn)；它在充放電過(guò)程中的氧化還原反應(yīng)不僅能夠發(fā)生在材料的表面，并且在材料的三維立體結(jié)構(gòu)中也能發(fā)生，這一特點(diǎn)使其能儲(chǔ)存高密度的電荷，產(chǎn)生較大的法拉第贗電容[13]?；诖?，本工作采用簡(jiǎn)易水熱法將NiAl-LDH與導(dǎo)電聚合物(聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩)進(jìn)行復(fù)合，制備CP@NiAl-LDH復(fù)合材料，研究導(dǎo)電聚合物對(duì)復(fù)合材料電容性能的影響，以期得到電容性能更加優(yōu)越的復(fù)合電極材料。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

實(shí)驗(yàn)所用的試劑包括硝酸鎳、吡咯、苯胺、噻吩、三氯化鐵、無(wú)水乙醇、尿素，均為分析純，實(shí)驗(yàn)用水為去離子水。

實(shí)驗(yàn)所選用儀器主要包括AL204電子天平、79-1磁力加熱攪拌器、LGJ-10冷凍真空干燥、SHZDバ循環(huán)水式真空泵、高壓反應(yīng)釜。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 導(dǎo)電聚合物PPy、PANI、PTh的制備

采用原位聚合的方法進(jìn)行聚吡咯(PPy)的制備。首先，將0.5 mL吡咯加入到150 mL的去離子水中，將其轉(zhuǎn)入冰浴中；然后稱(chēng)取4 L氯化鐵溶于50 mL的去離子水中配制氯化鐵溶液(充當(dāng)反應(yīng)的氧化劑、引發(fā)劑)；將其以 2～3 drop·s-1的速度滴加到吡咯溶液中，并在0℃的條件下磁力攪拌反應(yīng)8 h；最后，將所得樣品用去離子水抽濾洗滌3～4次，冷凍干燥后即可得到聚吡咯。采用同樣的方法進(jìn)行聚苯胺(PANI)和聚噻吩(PTh)的制備。

1.2.2 CP@NiAl-LDH的制備

取5 mLPPy放入燒杯中，然后向燒杯中加入30 mL勃姆石溶膠[14]，在常溫下磁力攪拌12 h后，對(duì)包覆溶膠后的導(dǎo)電聚合物進(jìn)行收集，將其與1.5 mmol硝酸鎳和5 mmol尿素一起溶解到30 mL去離子水中。將溶解后的溶液轉(zhuǎn)移至100 mL高壓反應(yīng)釜當(dāng)中，在100℃條件下反應(yīng)24 h后，對(duì)所得的樣品進(jìn)行抽濾洗滌，并用乙醇和水各清洗3遍；最后在60℃真空干燥后即可得到聚吡咯@鎳鋁層狀雙金屬氫氧化物復(fù)合材料(PPy@LDH)。相類(lèi)似的，采用同樣的方法進(jìn)行PANI@LDH和PTh@LDH兩種復(fù)合材料的制備。

1.3 材料的結(jié)構(gòu)表征

采用日本Hitachi公司生產(chǎn)的S-4800場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(工作電壓為20 kV)觀(guān)察樣品的形貌。由荷蘭生產(chǎn)的X，Pert PRO MPD型X射線(xiàn)衍射儀(Cu靶Kα輻射，X射線(xiàn)波長(zhǎng)為0.154 18 nm，工作電壓為 40 kV，工作電流為 30 mA，掃速為 0.03°·s-1，掃描范圍2θ=5°～75°)對(duì)樣品材料的物相結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)試分析。材料的N2吸附-脫附性能由美國(guó)Micromeritic公司的TriStar 3000全自動(dòng)比表面積和孔隙分析儀在液氮溫度(77.3 K)下測(cè)定的，吸附質(zhì)氮?dú)獾募兌葹?9.999%(V/V)。

1.4 電化學(xué)電容性能測(cè)試

將活性物質(zhì)和5%的聚四氟乙烯(PTFE)按95∶5的質(zhì)量之比混合均勻后，平攤成1 cm×1 cm大小的形狀壓在泡沫鎳片上，將2片泡沫鎳片仔細(xì)壓合制成電極片。在CHI660D(上海辰華)電化學(xué)工作站對(duì)電極材料進(jìn)行電化學(xué)性能測(cè)試。測(cè)試為三電極體系，工作電極為制備樣品，參電極為飽和甘汞溶液，對(duì)電極為1.5 cm×1.5 cm鉑片。在6 mol·L-1的KOH堿性體系中進(jìn)行循環(huán)伏安 (掃描電位窗口為-0.2～0.5 V)、恒流充放電(工作電壓為-0.1～0.35 V)及交流阻抗測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 CP@NiAl-LDH復(fù)合材料的形貌表征

圖1為NiAl-LDH在不同放大倍數(shù)的掃描電鏡圖，從圖中可以看到LDHs呈現(xiàn)納米化的層狀結(jié)構(gòu)，并且尺度非常均勻。而在低倍電鏡的照片下可以看到，LDHs趨于發(fā)生自身團(tuán)聚，使得LDHs中鎳的活性位點(diǎn)沒(méi)有完全暴露，限制了電子轉(zhuǎn)移和電解質(zhì)離子的傳輸，影響材料的電容性能。

采用SEM對(duì)制備的聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩(圖2(A～C))，以及其分別與LDH進(jìn)行復(fù)合生長(zhǎng)后的復(fù)合材料(圖2(D～F))進(jìn)行表征。圖2表明NiAl-LDH完全包覆在導(dǎo)電聚合物表面，呈現(xiàn)出均勻的尺寸和相似的形貌，主要是由花瓣?duì)畹募{米片構(gòu)成，在導(dǎo)電聚合物表面均勻分布。在高倍電鏡下(圖2(D～F)中插圖)可以觀(guān)察到LDH片層完全把導(dǎo)電聚合物基底包覆，難以拍攝到復(fù)合材料的結(jié)合界面，只能看到LDH的片層結(jié)構(gòu)，這可能是LDH片層相對(duì)較大的緣故。由于LDH獨(dú)特的層狀結(jié)構(gòu)存在，使CP@NiAl-LDH形成二維復(fù)合結(jié)構(gòu)，NiAl-LDH在導(dǎo)電聚合物表面垂直生長(zhǎng)，花瓣?duì)畹募{米級(jí)片層結(jié)構(gòu)使其具有較大的比表面積。高度分散的LDH納米片和大的比表面積可以充分暴露NiAl-LDH的電化學(xué)活性位點(diǎn)，一定程度上提高電極材料的電化學(xué)性能。同時(shí)，這種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)不僅能夠有效的阻止NiAl-LDH的自身團(tuán)聚，減小因NiAl-LDH團(tuán)聚而導(dǎo)致的比電容下降，提高復(fù)合材料的電容性能；而且直立生長(zhǎng)的NiAl-LDH之間相互之間形成開(kāi)放的孔道結(jié)構(gòu)，這些開(kāi)放的孔結(jié)構(gòu)能夠?yàn)殡x子的緩沖空間提供電解液[15-17]，提高離子的傳輸效率。此外，NiAl-LDHs沉積到導(dǎo)電聚合物表面構(gòu)建多孔分級(jí)結(jié)構(gòu)，一方面，導(dǎo)電聚合物可以作為電子/離子的傳導(dǎo)基底，改善LDH導(dǎo)電性差的缺點(diǎn)；另一方面，LDHs可作為導(dǎo)電聚合物膨脹/收縮的保護(hù)層，它們之間的相互作用對(duì)其復(fù)合材料電容性能的發(fā)揮具有決定性的作用。

圖1 不同放大倍數(shù)NiAl-LDH的掃描電鏡圖FiL.1 SEM imaLes of NiAl-LDH with different maLnifications

圖 2 PPy(A)，PANI(B)，PTh(C)，PPy@LDH(D)，PANI@LDH(E)和 PTh@LDH(F)的掃描電鏡圖片F(xiàn)iL.2 SEM imaLes of PPy(A)，PANI(B)，PTh(C)，PPy@LDH(D)，PANI@LDH(E)and PTh@LDH(F)

2.2 CP@NiAl-LDH和NiAl-LDH的物相分析

利用XRD對(duì)所有樣品的晶體結(jié)構(gòu)和物相組成進(jìn)行了研究，如圖3所示，可以看出純LDH、PPy@LDH、PANI@LDH和PTh@LDH的XRD圖均顯示出相同的衍射峰位，而且能夠與水鋁鎳石的物相(PDF No.00-015-0087)相吻合，有力地證明了NiAl-LDH材料的成功制備。從圖中還可以看出所有的樣品都出現(xiàn)了LDH的(003)、(006)和(012)晶面的特征峰，沒(méi)有其他雜峰出現(xiàn)，說(shuō)明所制備的最終樣品純度較高，并且根據(jù)布拉格方程計(jì)算得到(003)晶面的層間距為0.75 nm，這一層間距值說(shuō)明尿素分解產(chǎn)生的碳酸根離子插入到了LDH的夾層板中[18]，此外圖 3中出現(xiàn)的 3個(gè)等間距的衍射峰 (2θ=11.5°，23.2°，34.9°)反應(yīng)出了 NiAl-LDH 的層狀結(jié)構(gòu)。

圖 3 PPy@LDH、PANI@LDH、PTh@LDH 和純LDH材料的XRD圖FiL.3 XRD patterns of PPy@LDH，PANI@LDH，PTh@LDH and pure LDH

2.3 CP@NiAl-LDH復(fù)合材料的孔結(jié)構(gòu)

圖 4為 PPy@LDH、PANI@LDH 和 PTh@LDH的氮?dú)馕?脫附等溫線(xiàn)和孔徑大小分布圖。由圖可見(jiàn)，所有樣品均具有明顯的磁滯回線(xiàn)(P/P0＞0.4)，為典型的Ⅳ型等溫線(xiàn)，表現(xiàn)為介孔的形成。這種結(jié)構(gòu)的存在有利于電解質(zhì)離子在孔道的快速擴(kuò)散?？讖椒植伎捎傻?dú)馕?脫附等溫線(xiàn)的脫附分支數(shù)據(jù)采用BJH法求得。如插圖所示，4個(gè)樣品的介孔分布在3～10 nm，其中PPy@LDH的孔徑最大，最有利于離子的傳輸。表1為CP@NiAl-LDH和純LDH的比表面積和孔容數(shù)據(jù)，可以明顯看出，CP@NiAl-LDH復(fù)合材料較純LDH具有更大的比表面積和孔隙體積，表明在復(fù)合材料中LDHs有更多的交叉從而形成良好的開(kāi)放結(jié)構(gòu)，為離子的傳輸提供更多的空間。并且使其活性比表面積增大，暴露出更多的電化學(xué)活性位點(diǎn)，從而使復(fù)合材料的電容性能得到明顯的提升。此外，PPy@LDH具有最大的比表面積(57 m2·L-1)和孔隙體積(0.24 m3·L-1)，更加有利于電化學(xué)表面氧化還原反應(yīng)的發(fā)生和電解液的滲透，從而有望表現(xiàn)為更好的電容性能。

圖4 PPy@LDH、PANI@LDH和PTh@LDH的氮?dú)馕?脫附曲線(xiàn)和孔徑大小分布圖FiL.4 N2 adsorption-desorption isotherms and pore-size distributions of PPy@LDH，PANI@LDH and PTh@LDH

表 1 PPy@LDH、PANI@LDH、PTh@LDH 和純LDH的比表面積和孔容數(shù)據(jù)Table 1 Specific surface area and pore volume of PPy@LDH,PANI@LDH,PTh@LDH and pure LDH

2.4 CP@NiAl-LDH復(fù)合材料的電容性能

2.4.1 循環(huán)伏安特性分析

將CP@NiAl-LDH復(fù)合材料與純NiAl-LDH的電容性能進(jìn)行電容特性對(duì)比。從掃描速度為5 mV·s-1的CV曲線(xiàn)(如圖5)可以明顯的看出，3種復(fù)合材料循環(huán)伏安曲線(xiàn)的積分面積遠(yuǎn)大于純LDH，說(shuō)明復(fù)合材料具備更高的比電容值，另外，在4種材料中，PPy@LDH復(fù)合材料相比較于其他三者，具有更小的極化取向，說(shuō)明其具有更高的極化電位，有利于電極材料的保護(hù)。

圖5 CP@NiAl-LDH在掃描速率為5 mV·s-1的循環(huán)伏安曲線(xiàn)FiL.5 Cyclic voltammoLrams of CP@NiAl-LDH at the scan rate of 5 mV·s-1

2.4.2 恒流充放電特性分析

恒流充放電法(GCD)為衡量電極材料容量的常用方法，圖6是PPy@LDH、PANI@LDH、PTh@LDH和純LDH的恒流充放電曲線(xiàn)。從圖中可以看出，4個(gè)樣品的恒流充放電曲線(xiàn)形狀大致相同，均具有一對(duì)明顯的充放電平臺(tái)，說(shuō)明4種電極材料均產(chǎn)生了法拉第反應(yīng)，具有贗電容儲(chǔ)能特性，但電勢(shì)平臺(tái)出現(xiàn)的位置各不同，與圖5中循環(huán)伏安曲線(xiàn)中氧化還原峰出現(xiàn)的位置基本保持一致。且充放電曲線(xiàn)均展現(xiàn)出良好的對(duì)稱(chēng)性，說(shuō)明復(fù)合材料的電化學(xué)可逆性較好。通過(guò)對(duì)4種材料的恒流充放電測(cè)試曲線(xiàn)對(duì)比可以看出：相比于純的LDH，復(fù)合材料的充放電時(shí)間有了顯著的增加，意味著比容量有了明顯的提高，復(fù)合材料中導(dǎo)電聚合物與LDH具有協(xié)同增強(qiáng)效應(yīng)。通過(guò)恒流充放電得到的數(shù)據(jù)，根據(jù)公式[19]計(jì)算材料的比電容值(C)：

其中im=I/m(A·L-1)為放電電流密度，I為電流，m為活性材料的質(zhì)量為放電曲線(xiàn)積分面積，ΔV 為平均放電電勢(shì)，Δt為放電時(shí)間，Vi和 Vf分別為起始電位和終止電位，通過(guò)上式計(jì)算得出，在1 A·L-1的電流密度下，PPy@LDH、PANI@LDH、PTh@LDH和純LDH的比電容分別為3 010.3、3 340.1、3 028.9和1 349.6 F·L-1，3種復(fù)合材料的比容量較純LDH均有明顯的提升。這可能歸因于復(fù)合之后NiAl-LDH中電化學(xué)活性位點(diǎn)的充分暴露[20-21]。

圖6 CP@NiAl-LDH在電流密度為1 A·L-1時(shí)的恒流充放電曲線(xiàn)FiL.6 GCD curves of CP@NiAl-LDH at a current density of 1 A·L-1

2.4.3 比電容和倍率性能

在不同的電流密度下電極材料的比電容值 (圖7)表明隨著放電電流密度的增大，所有樣品的比電容值都呈逐漸減小的趨勢(shì)。如圖7所示，在1 A·L-1時(shí)PANI@LDH具有最大的比電容值，這主要是由于NiAl-LDH電化學(xué)活性位點(diǎn)的充分暴露，但當(dāng)電流密度從1 A·L-1增大到20 A·L-1時(shí)，其比電容值保持率不如PPy@LDH。大電流密度時(shí)比電容降低的主要原因是短時(shí)間內(nèi)，電解液中的離子或質(zhì)子來(lái)不及進(jìn)入體相只與電極表面發(fā)生反應(yīng)，使活性物質(zhì)沒(méi)有得到充分利用，導(dǎo)致比容量下降速度快。而PPy@LDH的形貌規(guī)則且單分散性好，活性物質(zhì)之間的電荷傳遞電阻小，有利于電子或離子的擴(kuò)散，從而使大電流下仍具有很好的充放電性能。在電流密度為20 A·L-1時(shí)，4種電極材料的比電容值及保持率大小變化均為：PPy@LDH＞PANI@LDH＞PTh@LDH＞Pure LDH。其中PPy@LDH具有最高的比容量保持率73.1%，表現(xiàn)出更為優(yōu)異的速率性能。

圖7 純LDH及CP@NiAl-LDH在不同電流密度下的比電容FiL.7 Specific capacitance of pure LDH and CP@NiAl-LDH at different current densities

圖8 純LDH及CP@NiAl-LDH的交流阻抗圖譜，插圖為高頻區(qū)放大圖FiL.8 Nyquist plots of pure LDH and CP@NiAl-LDH with the enlarLed view of the hiLh-frequency reLion(inset)

2.4.4 交流阻抗特性

電化學(xué)阻抗分析是一種用來(lái)檢測(cè)作為超級(jí)電容器材料基本行為的重要方法[22]，通過(guò)Nyquist圖進(jìn)一步分析6 mol·L-1氫氧化鉀電解液中樣品的離子擴(kuò)散和電荷轉(zhuǎn)移電阻。一般情況，對(duì)于理想的多孔電極材料來(lái)說(shuō)，高頻和低頻區(qū)域分別有一個(gè)半圓和直線(xiàn)。半圓主要代表電荷轉(zhuǎn)移電阻，從放大的Nyquist圖中，我們可以發(fā)現(xiàn)所有樣品的半圓區(qū)域幾乎都消失了，這表明它們?cè)陔姌O和電解質(zhì)界面的電荷轉(zhuǎn)移阻力很小。低頻區(qū)的Nyquist曲線(xiàn)應(yīng)為一條垂直于橫坐標(biāo)軸的直線(xiàn)，其線(xiàn)性部分表示樣品的純電容行為，斜率越大則表示電容性能越好。從圖8可以看出4種材料中PPy@LDH的直線(xiàn)斜率最大，最接近于垂直，顯示出其具有最好的電容行為。

2.5 PPy@LDH復(fù)合材料的電容性能

通過(guò)上述電化學(xué)結(jié)果分析，PPy@LDH在3種復(fù)合材料中具有最好的電容性能，為進(jìn)一步的對(duì)PPy@LDH復(fù)合材料進(jìn)行電容性能研究，我們對(duì)其進(jìn)行了不同掃描速度下的CV曲線(xiàn)和不同電流密度下GCD曲線(xiàn)測(cè)試。

2.5.1 循環(huán)伏安特性分析

圖 9為 PPy@LDH復(fù)合材料在 5～200 mV·s-1的掃描速度下得到的CV曲線(xiàn)，從圖中可以看到，PPy@LDH在不同掃描速度下都存在一對(duì)明顯的氧化還原峰(氧化峰和還原峰分別在0.36和0.16 V左右)，這表明其具有法拉第贗電容特性，這對(duì)氧化還原峰主要對(duì)應(yīng)于Ni(OH)2和NiOOH之間的可逆轉(zhuǎn)換，對(duì)應(yīng)的電極反應(yīng)式為：

Ni(OH)2+OH-→NiOOH+H2O+e-

在不同的掃描速率下，CV曲線(xiàn)具有大致相似的形狀，而且隨著掃描速率的增加，極化效應(yīng)也隨之增大；氧化還原峰的位置盡管發(fā)生了很小的位移，但相對(duì)對(duì)稱(chēng)的氧化還原峰表明PPy@LDH復(fù)合材料具有較高的可逆性。

圖9 PPy@LDH在不同掃描速度下的循環(huán)伏安曲線(xiàn)FiL.9 Cyclic voltammoLrams of PPy@LDH at different scan rates

2.5.2 恒流充放電特性分析

PPy@LDH復(fù)合材料在電流密度為1～20 A·L-1下測(cè)得的GCD曲線(xiàn)表明充放電時(shí)間隨著電流密度的減小而增大(圖10)，它主要?dú)w因于電流密度增大時(shí)，離子的擴(kuò)散速率相對(duì)較低，在氧化還原反應(yīng)中只能利用電極材料的外活性表面進(jìn)行電荷存儲(chǔ)[9]。PPy@LDH復(fù)合材料的充放電曲線(xiàn)在不同的電流密度下都能保持一對(duì)較高的充放電平臺(tái)，充電電壓平臺(tái)約在0.31 V左右，放電電壓平臺(tái)約在0.20 V左右，再次的證明其具有良好的贗電容儲(chǔ)能特性。而高的比電容值主要?dú)w因于NiAl-LDHs中的Ni元素活性位點(diǎn)的充分暴露。

圖10 PPy@LDH在不同電流密度下的恒流充放電曲線(xiàn)FiL.10 GCD of PPy@LDH at different current densities

圖11 PPy@LDH，PANI@LDH和PTh@LDH在電流密度為10 A·L-1下的循環(huán)性能圖FiL.11 Cycle performance curves for PPy@LDH，PANI@LDH and PTh@LDH at the current density of 10 A·L-1

2.5.3 循環(huán)特性分析

循環(huán)壽命是衡量超級(jí)電容器材料在實(shí)際應(yīng)用中的另一重要指標(biāo)，因此，我們?cè)?0 A·L-1的電流密度下對(duì)CP@NiAl-LDH復(fù)合材料進(jìn)行恒流充放電測(cè)試。在10 000次充放電循環(huán)之后，PPy@LDH復(fù)合材料的比電容值始終遠(yuǎn)大于其它2種復(fù)合材料，具有較高的比容量保持率約為88.8%，高于PANI@LDH(比容量保持率為77.8%)和PTh@LDH(比容量保持率為82.5%)的循環(huán)性能(圖11a)，且?guī)靷愋式咏?00%(圖11b)。復(fù)合材料的超高循環(huán)性能主要?dú)w因于LDHs中相互關(guān)聯(lián)的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)能夠有效地避免結(jié)構(gòu)崩潰和活性材料損失。PPy@LDH具有非常好的循環(huán)穩(wěn)定性和超高的比電容值，因此其作為超級(jí)電容器材料在實(shí)際應(yīng)用中非常有前景。

3 結(jié) 論

(1)通過(guò)采用溶膠-凝膠方法合成了超薄類(lèi)花瓣?duì)頝iAl-LDH。并以具備贗電容特性的導(dǎo)電聚合物(聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩)為基底，在其表面進(jìn)行LDH的垂直生長(zhǎng)，設(shè)計(jì)制備了獨(dú)特的二維空間結(jié)構(gòu)的LDH/導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料，同時(shí)在微觀(guān)尺度上構(gòu)筑電子/離子高速傳輸?shù)募{米通道。

(2)高度分散的LDH納米片有效的暴露了NiAl-LDH的電化學(xué)活性位點(diǎn)，提高了復(fù)合材料的超電容特性。

(3)三維垂直生長(zhǎng)在導(dǎo)電聚合物表面的NiAl-LDH更利于電解液的滲透和擴(kuò)散。

(4)根據(jù)電化學(xué)測(cè)試，3種復(fù)合材料的電化學(xué)性能比較結(jié)果為PPy@LDH＞PANI@LDH＞PTh@LDH。在大電流密度下，PANI@LDH和PTh@LDH中電解質(zhì)離子來(lái)不及進(jìn)入體相，只能在電極表面反應(yīng)，使活性物質(zhì)利用率低，表現(xiàn)較差的倍率性能。而PPy@LDH具有最大的比表面積和孔隙體積，有利于電化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行，可減少比電容的損失，且表現(xiàn)為最優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。

因此，PPy@NiAl-LDH復(fù)合材料展現(xiàn)了顯著增強(qiáng)的比電容值、高的倍率性能和較好的循環(huán)壽命，具有優(yōu)異的超電容性能，可作為混合超級(jí)電容器的可靠電極材料。