MnO2-H-TiO2納米異質(zhì)陣列的可控構(gòu)筑及其超電容特性研究.pdf

1、超級電容器是一種新型高效的儲能器件，電極材料是決定其超電容特性的關(guān)鍵，如何利用微納技術(shù)可控制備高性能的電極材料成為進(jìn)一步發(fā)展超級電容器的重要途徑。本文旨在采用陽極氧化工藝可控制備高度有序、大比表面積、管與管相互分離的TiO2納米管陣列(TiO2 NTAs)基體材料;進(jìn)而對晶化退火后的TiO2NTAs實(shí)施電化學(xué)氫化和納米管內(nèi)外表面高比電容MnO2沉積的雙重功能化改性，調(diào)控構(gòu)筑MnO2/H-TiO2納米異質(zhì)陣列薄膜電極材料;不僅拓展了有序T

2、iO2 NTAs的應(yīng)用范圍，而且為基于有序納米材料超級電容器電極材料的研究提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。本文主要研究結(jié)果如下:
　　(1)采用陽極氧化工藝調(diào)控制備高度有序、管與管相互分離的TiO2 NTAs，進(jìn)而利用簡易、綠色的電化學(xué)氫化法對晶化退火后的TiO2 NTAs薄膜實(shí)施氫化改性，提高TiO2 NTAs薄膜的電容特性和電化學(xué)性能。研究了氫化工藝參數(shù)對目標(biāo)H-TiO2NTAs電極材料的電化學(xué)特性和電容特性的影響規(guī)律以及其電容特性提

3、高機(jī)理。結(jié)果表明:在0.1 mol·L-1 Na2SO4溶液中，恒壓4V反應(yīng)20 min時所得H-TiO2 NTAs在電流密度為0.2 mA·cm-2時的面積電容達(dá)到7.5 mF·cm-2，是相同電流密度下TiO2NTAs(0.1 mF·cm-2)的75倍。
　　(2)采用循環(huán)浸漬法在H-TiO2納米管內(nèi)、外表面可控負(fù)載高比電容量MnO2納米顆粒，調(diào)控構(gòu)筑一種新型的MnO2/H-TiO2納米異質(zhì)陣列薄膜電極材料。研究循環(huán)浸漬次數(shù)對

4、目標(biāo)MnO2/H-TiO2微結(jié)構(gòu)、超電容特性的影響規(guī)律。結(jié)果表明:經(jīng)過2個浸漬循環(huán)后所得的MnO2/H-TiO2 NTAs-2在電流密度為1 A·g-1時的比電容可達(dá)523.90 F·g-1，且在電流密度為5 A·g-1時循環(huán)充放電1000圈后比電容僅下降約11％。
　　(3)利用恒電流陽極電沉積方法實(shí)現(xiàn)高比電容納米MnO2在H-TiO2納米管內(nèi)、外表面的均勻負(fù)載，調(diào)控制備MnO2/H-TiO2納米復(fù)合陣列電極材料。研究不同沉積時