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电极是超级电容器中最重要的部分，目前超级电容器的电极材料的主要分为三类：炭材料、金属氧化物和导电聚合物材料。炭材料电极导电率高，多孔的结构可以提高电极的比表面积，使电极表面与电解液充分接触，提升超级电容器的充放电速率。目前学界对于超级电容器的选材大多选用炭基材料，但是单一的活性炭材料电极并不能提供高电容，因此储能性能不好。金属氧化物电极拥有较高的电容性能，但其导电性能差，且充放电过程中容易因为自身体积膨胀收缩而坍塌，所以仅使用金属氧化物用于电极制作也是不理想的[9]。61971
由此，我们提出一种复合材料的设想，结合炭材料和金属氧化物两者的优点，以聚苯胺为导电聚合材料将两者制成复合材料。我们选择石墨烯作为炭材料，因为石墨烯只有一个碳原子的厚度，超薄的结构使之具有高比表面积、高机械强度和高电导率等优越的性能。研究表明，在水溶液，有机介质和离子液体中，石墨烯的比电容量分别为135 F g-1，99 F g-1和75 F g-1。在金属氧化物的选材上，除了早期被研究的贵金属材料RuO2和IrO2可作为电极材料以外，其他廉价的过渡金属材料，例如：MnO2，TiO2，Fe3O4/Fe2O3，V2O5，Co3O4，SnO2和NiO/Ni(OH)2等材料也备受关注。从经济可行的角度来讲，为了降低成本，Co3O4具有廉价，无毒，理论比电容高等特点，对比于其他材料这里我们选择Co3O4作为复合电极的候选材料[10]。
按照储能机理，可将超级电容器分为两大类：双电层型和赝电容型[11]。从能机理的角度来讲，石墨烯被用作超级电容器的电极材料时，其电容稳定稳定但电容量相对较低（约为100到200 F g-1），因为它的储能原理是双电层电容机理[12]。赝电容也能作为供选择的电容材料，建立于法拉第机理的基础上，虽然具有更高的比电容量但稳定性不佳[13]。为了结合这两者的优点，本实验制备并研发了石墨烯和Co3O4复合材料。作为赝电容器的材料之一，聚苯胺具备良好的环境稳定性并具有良好的导电性和特殊的杂化/去杂化化学过程[14]。聚苯胺纳米线提供了高的赝电容，比块状材料更大的表面积和更优良的离子传递路径，这使其具有比块状材料更好的电容性能[15]。经测量聚苯胺纳米线在三电极系统中的比电容可高达 950 F g-1。在与氧化石墨烯纳米片的复合材料中，这些电极材料展现出导电聚合物和碳纳米材料具有协同效应[16]。
曲江英等[5]以改进的Hummers法所制氧化石墨烯/硫酸锰(GO/MnSO4)悬浊液为原料，原位合成GO/MnO2复合物，再经低温热处理制备还原氧化石墨烯/ Mn3O4(rGO/Mn3O4) 纳米复合材料。所得复合材料作为超级电容器电极材料展现良好的电化学电容性能，在饱和K2SO4电解质溶液和50 mA g-1的电流密度下，Mn3O4质量含量为88 %时其比电容达284 F g-1。
图1 rGO/Mn3O4复合物的绿色制备过程示意图
韩啸等[17]选用HAuCI4为氧化剂，对苯二胺(p-PDA)为原料，采用原位聚合同时伴随Au纳米粒子生成的方法，制备聚苯胺/ 石墨烯/ Au(PpPD/ GO/ Au)纳米复合物，实验表明，同纯组分PpPD以及相同条件下等氧化当量FeCI3与H2O2氧化剂制备的电极材料PpPD/ GO相比，PpPD/ GO/ Au电极材料的电化学性能具有更大的改善和提高。
观察可知，在该纳米复合材料中，褶皱状微片、短棒状晶体以及白色颗粒3种物质共存，参照文献，能分别对应为纳米单层氧化石墨烯薄片，p-PDA氧化聚合而成的聚苯胺类衍生物晶体和纳米金粒子。同时可以看到PpPD晶体、Au粒子均匀分散于GO层间，三者相互联结形成了大π键共轭体系导电网络利于体系导电性的提高PpPD/GO/Au纳米复合物的FESEM图，其中图（b）为图（a）方框处放大