超级电容器具有高功率密度、可快速充放电、循环寿命长等特性,在电动汽车电源、便携式仪器设备、数据记忆存储设备中具有良好的应用。作为超级电容器电极材料,导电聚合物聚苯胺(PANi)具有单体成本低、独特的掺杂/脱掺杂机制等优点,但一般只适用于酸性电解质;聚吡咯(PPy)具有优异的电学和电化学性能,一般可用于中、碱性电解液,但电化学稳定性较差、单体成本较高。研制集二者优异性能于一体的复合导电材料是超级电容器电极材料研究的重要方向。本文以聚苯胺纳米纤维为核,采用简单的原位化学氧化聚合法制备出核壳结构聚苯胺/聚吡咯共轴纳米复合纤维。聚苯胺的制备过程中着重研究了共溶剂对界面聚合制备聚苯胺纳米纤维的影响,探讨了聚苯胺纳米纤维及聚苯胺/聚吡咯复合纳米纤维作为超级电容器电极材料的应用潜力。主要研究成果如下:(1)共溶剂对聚苯胺纳米纤维界面聚合反应过程的影响:采用界面聚合法制备聚苯胺纳米纤维,含苯胺单体的氯仿溶液作为有机相,含氧化剂的盐酸溶剂作为水相,在水相中加入一定量的有机溶剂作为共溶剂。通过监测反应过程发现,所有含共溶剂体系的反应速率比以过硫酸铵为氧化剂的无共溶剂体系慢,比以三氯化铁为氧化剂的无共溶剂体系快,并按照如下顺序:二甲基亚砜、甲醇、乙醇、丙酮、异丙醇、二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺、n-甲基吡咯烷酮共溶剂体系的反应速率逐渐减慢。界面张力的测试结果表明,含二甲基亚砜、甲醇、乙醇、丙酮、异丙醇、二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺、n-甲基吡咯烷酮共溶剂体系的界面张力逐渐减小,与反应过程快慢顺序一致。共溶剂界面聚合制备聚苯胺的场发射扫描电镜图显示所有体系制备的聚苯胺均为纤维状。(2)共溶剂对聚苯胺化学结构和电化学性能的影响:第一类共溶剂体系(甲醇、乙醇、丙酮、异丙醇),随共溶剂的相对分子质量增加,聚苯胺纳米纤维的纤维尺寸变长,导电性变好,结晶性能变好,同时热稳定性变高,其比电容逐渐增加。第一类共溶剂体系中性能最优的是异丙醇共溶剂体系,制备的聚苯胺纳米纤维在扫描速率为5mv/s时其比电容在可达454.6f/g。二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺共溶剂的加入没有提高聚苯胺的电化学性能。第三类共溶剂(二甲基亚砜、n-甲基吡咯烷酮),二甲基亚砜共溶剂制备的聚苯胺在所有样品中性能最优,比电容在扫描速率为5mv/s时到达869.9f/g。n-甲基吡咯烷酮共溶剂体系制备的聚苯胺电导率低,电化学性差。(3)聚苯胺/聚吡咯共轴纳米复合纤维:以共溶剂界面聚合制备的兼具高电导和高结晶的聚苯胺纳米纤维为模板,采用原位化学聚合法,制备出核壳结构的聚苯胺/聚吡咯共轴纳米复合纤维。使用透射电子显微镜、傅里叶红外光谱、激光拉曼光谱、x射线衍射、热失重测试、电化学测试等表征手段,对纳米复合纤维的结构和性能进行研究。研究表明以二甲基亚砜、异丙醇共溶剂制备的聚苯胺纳米纤维经复合得到的复合纤维具有优异的电化学性能,在扫描速率为5mV/s时其比电容分别是397.0 F/g和429.0 F/g,比纯PANi和PPy以及无共溶剂体系制备的复合纤维性能更加优异。同时具有优良的电化学稳定性,在中性电解质中经过500次循环后比电容可分别保留77%和79.5%。