聚吡咯-二氧化钛纳米复合材料的制备及其电化学性能#
 

摘要：采用恒电位电沉积方法制备了聚吡咯-二氧化钛纳米复合材料，扫描电镜、红外光谱和拉曼光谱的表征结果表明，聚吡咯可以在二氧化钛纳米管壁面上均匀沉积，形成同轴异质纳米管结构的聚吡咯-二氧化钛；循环伏安测试结果表明，聚吡咯-二氧化钛纳米复合电极材料的比电容，比能量和比功率分别为185 F g-1, 9.25 Wh Kg-1 和 1.11 KW Kg-110 。高效电化学储电性能表明这种纳米复合电极材料可以很好地应用于超级电容器。
 

关键词：聚吡咯-二氧化钛；纳米复合物；恒电位沉积；电化学电容

0 引言
电化学超级电容器由于其在能量存储器中的高比电容而备受关注[1, 2]。超级电容器所用的电极材料有多孔碳材料、过渡金属氧化物和导电聚合物[2, 3]。在这些电极材料中，多孔碳电极材料虽然拥有很高的比表面积，但是它的电化学储能只能依靠电极表面的双电层区吸附电荷，因此电容量比较低。而过渡贵金属氧化物电极材料，例如水合氧化钌，具有很高的电容量，但是高成本限制了这类贵金属在实际工程中的应用。相比较而言，导电聚合物具有电导率高，价格低廉，易于合成等优点，在超级电容器电极材料中具有良好的应用前景[4, 5]，其中，聚吡咯由于具有稳定性好，耐酸碱，易于制备等优良特性而被广泛应用[6]。基于导电聚合物的纳米复合材料可以更好应用于电化学储能[7]，为了更好的发挥导电聚合物的电化学储电性能，需要既具有高比表面积又能提供有效传输通道的电极基底材料。在含氟化物的醇水溶液中制备的有序二氧化钛纳米管因其具有高比表面积的管状阵列结构，可以作为良好的电极基底材料[8, 9]。最近有很多关于基于导电聚合物复合材料的制备方法研究，其中包括化学沉积方法和电化学沉积方法[10-13]。

电化学合成方法由于具有操作简单和易于控制而被广泛采用，本研究采用电化学恒电位沉积方法制备聚吡咯-二氧化钛(PPy-TiO2)纳米复合电极材料，这种设计合成的聚吡咯-二氧化钛具有有序三维结构，既可以提高界面电化学反应速率，又可以为离子扩散和电子传输提供有效通道，从而增加其电化学电容量。

3 结论
以高比表面积和有序通道结构的二氧化钛纳米管阵列为电极基底材料，采用恒电位电沉积方法在管壁相互间隔分离的纳米管中沉积聚吡咯，设计合成了一种同轴纳米管有序结构的聚吡咯-二氧化钛纳米复合物，三维有序纳米结构通道有效促进了反应离子扩散和电子传输，实现电化学高效储电性能。在1 M H2SO4 溶液中测得的比电容，比能量和比功率分别为F g-1, 9.25 Wh Kg-1 和 1.11 KW Kg-1。这种有序结构的纳米复合物可以应用于超级电容器电极材料。

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