二氧化錳納米結(jié)構(gòu)的水熱合成及電化學(xué)性質(zhì)的研究.pdf

1、超級(jí)電容器是一種介于電池和傳統(tǒng)電容器之間的新型儲(chǔ)能元件。因其具有高比能量、良好的可逆性和長(zhǎng)的循環(huán)使用壽命,而具有廣闊的應(yīng)用前景,近年來已成為研究的熱點(diǎn)。電極材料是影響其性能的重要因素。MnO2納米材料因具有特殊的物理化學(xué)性質(zhì)和更為優(yōu)異的電化學(xué)性能,成為一種極具發(fā)展?jié)摿Φ碾姌O材料。MRO2的晶體結(jié)構(gòu)對(duì)其電化學(xué)性能影響很大,為了改善MnO2納米材料的電化學(xué)性能,研究具有不同晶體結(jié)構(gòu)與形貌的MnO2納米材料的可控合成方法顯得尤為重要。

2、　　 本論文以MnO2納米材料作為研究對(duì)象,以Mn3O4粉末做錳源,在H2SO4溶液中,不添加任何催化劑和模板劑,采用水熱法制備了一系列具有不同晶型和形貌的一維隧道結(jié)構(gòu)的MnO2納米材料,包括γ-MnO2、β-MnO2、MnOOH和α-MnO2。利用X射線粉末衍射(XRD)和掃描電子顯微鏡(SEM)對(duì)材料的物相和形貌進(jìn)行了表征。研究了不同實(shí)驗(yàn)條件(反應(yīng)溫度、溶液酸度、反應(yīng)時(shí)間、摻雜離子以及氧化劑等)對(duì)產(chǎn)物晶型和粒子形貌的影響,并對(duì)產(chǎn)物

3、的反應(yīng)過程和形成機(jī)理進(jìn)行了探討。通過循環(huán)伏安法對(duì)樣品的電化學(xué)性能進(jìn)行了測(cè)試。主要內(nèi)容總結(jié)如下:
　　 在Mn3O4-H2O4反應(yīng)體系中,通過調(diào)節(jié)反應(yīng)溫度、水熱反應(yīng)時(shí)間、溶液酸度和添加劑,實(shí)現(xiàn)了具有不同晶型和形貌的MnO2納米材料的可控合成。當(dāng)溶液的pH=0,水熱反應(yīng)溫度為80℃,可以得到γ-MnO2海膽結(jié)構(gòu);溫度增加到180℃,水熱反應(yīng)處理2h,可以得到β-MnO2納米棒,γ-MnO2是從Mn3O4轉(zhuǎn)變到β-MnO2的重要中間態(tài)

4、;當(dāng)溶液的pH=3,水熱溫度為80℃,可以得到MnOOH納米線;當(dāng)溶液的pH=0,水熱反應(yīng)溫度為180℃,摻雜不同的離子(Ni2+、cu2+、Mg2+、NH4+、Na+和K+),不能改變產(chǎn)物的晶型和形貌,仍為β-MnO2納米棒,但產(chǎn)物的結(jié)晶度減小,粒徑也有所改變;水熱反應(yīng)溫度為180℃,加入氧化劑K2Cr2O7,溶液酸性較強(qiáng)時(shí),可以得到α-MnO2,延長(zhǎng)水熱反應(yīng)時(shí)間,α-MnO2的形貌逐漸從固體海膽轉(zhuǎn)變?yōu)榭招暮Ｄ?最后轉(zhuǎn)變?yōu)榧{米棒。

5、r>　　 將制備好的MnO2納米粉末制成電極,在1mol·L-1Na2SO4溶液中對(duì)其進(jìn)行循環(huán)伏安測(cè)試。結(jié)果表明,γ-MnO2的電化學(xué)性能優(yōu)于β-MnO2和α-MnO2;水熱反應(yīng)溫度越低,制備的MnO2納米材料的電化學(xué)性能越好;水熱反應(yīng)時(shí)間越短,制備的γ-MnO2比容量越大;電位掃描速度越大,γ-MnO2比容量越小;摻雜金屬離子可以改善β-MnO2的電化學(xué)性能;γ-MnO2有良好的循環(huán)性能和再現(xiàn)性。結(jié)果表明,MnO2電極材料的超電容性