錳氧化物-碳納米纖維復(fù)合材料的制備及其電容去離子研究.pdf

1、電容去離子（CDI）是一種新型脫鹽技術(shù)，因其能耗低、易操作、無(wú)二次污染等優(yōu)點(diǎn)備受關(guān)注。電極材料的性能是影響電容去離子技術(shù)的關(guān)鍵，理想的電極材料應(yīng)該具有比表面積高、導(dǎo)電性好、親水性好、孔結(jié)構(gòu)分布合理以及制備簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)?；陟o電紡絲法的碳納米纖維，由于制備過(guò)程連續(xù)穩(wěn)定、所得纖維不需要添加粘結(jié)劑，具有一定的機(jī)械強(qiáng)度，非常適合做自支撐電極材料。然而制得的純碳納米纖維（ECNF）由于低的親水性和比表面積，導(dǎo)致比電容量低，限制了其在CDI中的應(yīng)用。

2、
　　過(guò)渡金屬氧化物MnO2等具有理論比電容很高，電位窗口寬，環(huán)境友好，來(lái)源廣泛等優(yōu)點(diǎn)。本文基于KMnO4與碳的氧化還原反應(yīng)原理，以KMnO4為反應(yīng)劑，采用簡(jiǎn)單浸泡法在ECNF表面修飾MnO2膜，并經(jīng)過(guò)熱處理獲得高性能的MnO2/ECNF復(fù)合電極材料。研究了不同浸泡時(shí)間對(duì)纖維表面的MnO2形貌結(jié)構(gòu)、電化學(xué)性能及電容器脫鹽效果的影響。主要研究成果如下：
　　通過(guò)改變 KMnO4溶液的濃度及反應(yīng)時(shí)間，優(yōu)化 MnO2的生成條件，可

3、以較方便地調(diào)節(jié)MnO2在纖維表面的沉積量。掃描電鏡（SEM）和透射電鏡（TEM）發(fā)現(xiàn)MnO2膜層是相對(duì)致密的，且膜層較薄，生長(zhǎng)108 h后僅為35 nm。X射線衍射（XRD）和TEM表征證明，ECNF表面的沉積層含有 K+摻雜的 birnessite型的 MnO2。將 MnO2/ECNF復(fù)合纖維進(jìn)一步熱處理后， MnO2的結(jié)構(gòu)由致密型轉(zhuǎn)變?yōu)槊疃嗫仔?。熱重分析（TGA）和 X-射線光電子能譜（XPS）分析表明，熱處理過(guò)程促進(jìn)了MnO2

4、和碳的反應(yīng)，生成部分Ⅲ價(jià)錳，這種混合價(jià)態(tài)結(jié)構(gòu)有助于電化學(xué)過(guò)程中的離子擴(kuò)散和吸附。
　　用該復(fù)合材料組裝電容器并用于電化學(xué)和電容去離子研究。循環(huán)伏安（CV）和阻抗（EIS）分析發(fā)現(xiàn)，在KMnO4溶液中反應(yīng)1 h再熱處理所制得的MnO2/ECNF具有最佳的電化學(xué)性能，比電容達(dá)46.14 F/g，遠(yuǎn)高于ECNF（8.54 F/g），并且電極表面離子擴(kuò)散明顯改善。電容脫鹽測(cè)試中的單循環(huán)脫鹽量為8.14 mg/g，電流效率高達(dá)68.54％，