二氧化錳納米復(fù)合材料的制備及超級(jí)電容器的性能研究.pdf

1、化石能源（煤、石油和天然氣）的過度消耗所引起的全球性能源危機(jī)，使得人類越來越意識(shí)到新能源開發(fā)和利用的重要性。超級(jí)電容器作為一種新型能量儲(chǔ)存裝置，具有高的功率密度、良好的可逆性、較寬的工作溫度范圍以及長久的循環(huán)壽命等諸多優(yōu)點(diǎn)，引起廣大研究者們的廣泛關(guān)注。電極材料是影響超級(jí)電容器電化學(xué)性能的主要因素，所以對電極材料的研究也具有重要的意義。金屬氧化物具有極好的可逆性、較高的能量密度和比電容，因而被廣泛用作超級(jí)電容器的電極材料。兩種或兩種以上的

2、金屬氧化物復(fù)合而成的納米復(fù)合材料通常由于協(xié)同效應(yīng)而比單一的金屬氧化物具有更優(yōu)異的性能，是現(xiàn)在超級(jí)電容器研究的一個(gè)重點(diǎn)和熱點(diǎn)。本文通過X射線衍射儀（XRD）、聚焦離子束掃描電子顯微鏡（FIB/SEM）、透射電子顯微鏡（TEM）以及比表面積測試儀（BET）等測試分析手段對所制備的活性物質(zhì)進(jìn)行形貌特征、晶體結(jié)構(gòu)和孔結(jié)構(gòu)的分析。并采用循環(huán)伏安法、恒電流充放電法和交流阻抗法對樣品的電化學(xué)性能進(jìn)行研究。
　　本文首先采用水熱法制備出摻銻二氧化

3、錫（ATO）納米顆粒，然后將ATO與MnO2復(fù)合，使得ATO鑲嵌到MnO2納米片中，形成包覆結(jié)構(gòu)。利用ATO優(yōu)異的導(dǎo)電性來彌補(bǔ)MnO2導(dǎo)電性差的不足來提高M(jìn)nO2在充放電過程中的利用率是本文的一個(gè)主要思想。并通過調(diào)配銻的不同摻雜量來得到電化學(xué)性能最大時(shí)的最優(yōu)配比，最終得到銻摻量為7.5％（Sb:Sn摩爾比為7.5:100）時(shí)的ATO/MnO2的納米復(fù)合材料具有最大的比電容為186.8 F/g，比單一的ATO（1.4 F/g）和商品MnO

4、2（14.5 F/g）的比電容要高出很多，同時(shí)也具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性，展示出其良好的應(yīng)用前景。
　　其次采用TOAB為表面活性劑利用常溫液相法制備出蒲公英狀CuO空心球結(jié)構(gòu)，再以蒲公英狀空心球結(jié)構(gòu)的CuO為模板來負(fù)載MnO2。從剛開始的反應(yīng)2 h長在CuO表面的MnO2顆粒到反應(yīng)6 h顆粒長大變成MnO2薄片，一直到最后24 h時(shí)變成MnO2納米片自組裝納米花。通過XRD，SEM等技術(shù)手段對復(fù)合納米材料的化學(xué)組成、晶體結(jié)構(gòu)以及微觀

5、形貌進(jìn)行了測試，并推測了蒲公英狀CuO空心球結(jié)構(gòu)和CuO/MnO2核殼結(jié)構(gòu)的可能形成機(jī)理。在三電極體系下，復(fù)合之后的CuO/MnO2核殼結(jié)構(gòu)的比電容（228 F/g）比單純的蒲公英狀CuO空心結(jié)構(gòu)（10 F/g）提高約20倍，而且具有優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性（在電流密度為0.6 A/g下，5000次循環(huán)后還可以保留原來的82.2%），顯示出該材料作為超級(jí)電容器的巨大前景。
　　復(fù)合材料一般會(huì)存在協(xié)同效應(yīng)而比單一的材料具有更優(yōu)異的性能，本論