介孔MnO2納米管的先進(jìn)設(shè)計(jì)及贗電容機(jī)理研究.pdf

1、現(xiàn)代社會(huì)，由于化石能源的高速消耗以及全球環(huán)境污染問題的日益嚴(yán)重，可再生能源存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)換技術(shù)以及新能源裝置的研究已經(jīng)引起了全世界研究者的廣泛關(guān)注。在不同能量轉(zhuǎn)換及存儲(chǔ)系統(tǒng)的操作和研究中,超級(jí)電容器因其高功率密度、優(yōu)異脈沖充放電特性、長久循環(huán)壽命、運(yùn)行安全、無污染等特性脫穎而出。超級(jí)電容器的電化學(xué)性能主要取決于電極材料的活性及動(dòng)力學(xué)特性。金屬氧化物由于其較高的理論比容量和良好的循環(huán)可逆性，而被廣泛作為超級(jí)電容器的電極材料。其中，MnO2因其價(jià)

2、格低廉、理論比容量高以及環(huán)境友好等特性而被廣泛關(guān)注。
　　本文采用兩種不同的模板法，制備了不同結(jié)構(gòu)與形貌的 MnO2基納米管狀結(jié)構(gòu)，并對(duì)其進(jìn)行了超級(jí)電容器性能測試。通過X射線衍射儀（XRD）、比表面積測試儀（BET）、聚焦離子束掃描電子顯微鏡（FIB/SEM）及透射電子顯微鏡（TEM）對(duì)樣品進(jìn)行了形貌特征、晶體結(jié)構(gòu)和孔結(jié)構(gòu)及比表面積的測試分析。采用循環(huán)伏安法，恒電流充放電法和交流阻抗法對(duì)所得的一維納米材料進(jìn)行電化學(xué)性能研究。主要實(shí)

3、驗(yàn)內(nèi)容及研究結(jié)論如下：
　　以聚碳酸酯膜（PC膜）為硬模板，以高錳酸鉀為錳源，通過調(diào)節(jié)水熱反應(yīng)溫度和聚碳酸酯膜的孔徑，可以得到不同尺寸和孔結(jié)構(gòu)的介孔二氧化錳納米管陣列，其形貌為超薄 MnO2納米片交錯(cuò)折疊組成的管狀結(jié)構(gòu)。并研究了一系列 MnO2納米管的電化學(xué)性能。三電極體系的電化學(xué)性能測試結(jié)果表明，此法制備的 MnO2納米管最高比電容在0.25 A g-1時(shí)達(dá)到411.9 F g-1。且在經(jīng)過了2000次充放電循環(huán)后，比電容的保留

4、率為92％，顯示了MnO2納米管良好的循環(huán)穩(wěn)定性。在兩電極的分析測試中，以 MnO2納米管作為正極，活化并微波剝離后的氧化石墨烯（MEGO）作為負(fù)極組裝成的非對(duì)稱超級(jí)電容器器件，其能量密度為22.6 Wh Kg-1時(shí)，功率密度達(dá)到225.3 W Kg-1，展示了其良好的應(yīng)用前景。
　　以恒溫水浴法制備的超長Cu納米線為基體,與不同濃度的KMnO4水熱合成了一系列CuO@MnO2的核殼納米結(jié)構(gòu)。在使用H2SO4對(duì)此結(jié)構(gòu)進(jìn)行選擇性刻蝕

5、后，得到大量均勻且具有較大比表面積（179.5 m2 g-1）的MnO2納米管。三電極體系的電化學(xué)性能測試結(jié)果表明，在0.25 A g-1的電流密度下，其最大比電容達(dá)到377.5 F g-1，且具有良好的倍率性能。將此種MnO2納米管和活化后的石墨烯分別作為正負(fù)極組裝成非對(duì)稱超級(jí)電容器裝置后，其能量密度為22.68 Wh Kg-1時(shí)，功率密度達(dá)到4.5 kW Kg-1，同樣展示了其優(yōu)越的電化學(xué)性能。
　　本文重點(diǎn)研究了以兩種不同的