氧化錳基納米材料的綠色合成及其作為超級電容器電極材料的應用.pdf

1、二氧化釕（RuO2）等貴金屬氧化物由于其優(yōu)異的電化學性能被成功應用于超級電容器電極材料。但是昂貴的成本和有毒的特性限制了它的廣泛應用。因此人們致力于研究開發(fā)其它廉價金屬氧化物，如氧化鎳，氧化鈷，氧化錳等，作為更為優(yōu)異，性價比較高的超級電容器電極材料。其中氧化錳以其成本低廉，綠色無污染，較高的理論比電容，較寬的工作電位窗口等優(yōu)點，有望成為替代二氧化釕的過渡金屬氧化物。錳元素在自然界中儲量豐富，且具有多種氧化態(tài)（MnO2， Mn2O3，Mn

2、3O4等）。但是，二氧化錳（MnO2）導電性差，循環(huán)穩(wěn)定性低，嚴重影響了它的電容性能。研究者們期望通過添加導電性良好的碳材料來改變二氧化錳（MnO2）的導電性。四氧化三錳（Mn3O4）則是在常溫下只有專一結構的黑錳礦，受到研究者關注。氧化錳制備方法多樣，但是多數(shù)都會受到高溫高壓的限制，制備條件苛刻，難以大量生產(chǎn)。因此，本文探索研究采用低溫、簡便的方法制備二氧化錳和四氧化三錳及其復合材料，采用IR，XRD，SEM等技術手段對合成材料的結構

3、和形貌進行了表征，考查了它們的電容性能。具體內容如下：
　　第一章：簡要介紹了超級電容器的構造，儲能原理及其特點，對超級電容器電極材料的制備方法和研究進展進行了系統(tǒng)的綜述。
　　第二章：以氧化石墨烯為原料，高錳酸鉀為錳源，乙二醇為還原劑，采用水熱法，在80℃還原制備得到了二氧化錳納米顆粒/還原石墨烯及四氧化三錳納米顆粒/還原石墨烯復合材料。在 Mn和C的摩爾比為1:0.8時復合材料的電容性能最佳，當電流密度為1A/g時，比電

4、容值為184F/g。結構分析表明，復合材料中接近無定型結構的MnO2納米顆粒均勻分散于石墨烯表面，這種結構有利于電解液的擴散,提高電極材料的比電容。
　　第三章：以高錳酸鉀為錳源，乙二醇為還原劑，十二烷基磺酸鈉為結構調控劑，采用水熱法制備得到MnO2納米片材料。結構分析表明該納米材料為比表面積較大的分散納米片，為結晶度程度較低的無定型結構。電化學測試表明，當電流密度為1A/g時，比電容為184F/g，電流密度升高，比電容保持率較高

5、，說明材料有很好的倍率性能。當電流密度為5A/g時，循環(huán)充放電1600圈，比電容沒有發(fā)生衰減，說明材料具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性。
　　第四章：以高錳酸鉀為錳源，葡萄糖為還原劑，分別采用水熱法和微波輔助方法制備得到了不同形貌的Mn3O4納米材料。微波輔助法合成的Mn3O4呈均勻分布的八面體納米塊狀，結晶度高于水熱法合成的Mn3O4。水熱法制備的Mn3O4為單分散的納米棒和無特定納米塊混合結構。電化學測試表明水熱法制備得到的納米棒和納米塊