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  本文關(guān)鍵詞：氧化錳超電容電極材料的制備及其電化學(xué)性能，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《南京大學(xué)》 2014年

氧化錳超電容電極材料的制備及其電化學(xué)性能

戴玉明  

【摘要】：近年來,超級電容器以其高安全性、高功率密度、大電流充放電和長循環(huán)壽命等優(yōu)點而成為各國競相研究的新型儲能裝置。根據(jù)存儲機(jī)理,超級電容器可分為兩大類,即以高比表面積碳材料作為電極材料的雙電層超級電容器和以具有快速氧化還原反應(yīng)的金屬氧化物作為電極材料的贗電容超級電容器。由于存儲機(jī)制的不同,在相同面積下贗電容值可達(dá)雙電層電容值得數(shù)十倍,因而贗電容電極材料更受研究關(guān)注。目前,對贗電容電極材料的研究主要集中在更具商用前景的金屬氧化物尤其是賤金屬氧化物,因為其理論電容大、環(huán)境污染小、制備成本低。 本文以低成本的氧化錳為研究對象,利用低成本的化學(xué)制備法(當(dāng)前關(guān)于氧化錳高電容的報道主要集中在導(dǎo)電基體上進(jìn)行電沉積制備,但該法具有產(chǎn)率低、成本高的不足,難以工程化應(yīng)用),圍繞增強(qiáng)其導(dǎo)電性和活性面積來提高電容值和循環(huán)穩(wěn)定性,制備了超結(jié)構(gòu)及復(fù)合結(jié)構(gòu),并探討了這些結(jié)構(gòu)對電化學(xué)性能的影響。主要內(nèi)容概括如下： (1)在過硫酸銨與硫酸錳體系中,通過納米銀顆粒引導(dǎo)二氧化錳的生長方式,使得二氧化錳原本應(yīng)為納米片的最終形貌在SLS生長機(jī)制的驅(qū)動下轉(zhuǎn)變成為納米線,獲得了一種由直徑10nm左右納米線自組裝成的直徑為1-2μm的超結(jié)構(gòu)MnO2微米球,高分辨透射和掃描觀察結(jié)果證實了在二氧化錳納米線的尖端存在著氧化銀顆粒。超結(jié)構(gòu)二氧化錳的晶體類型為α-MnO2,且結(jié)晶性要優(yōu)于純二氧化錳。超結(jié)構(gòu)二氧化錳具有優(yōu)異的大電流充放電電容性能,100mV/s時的比電容達(dá)到417.2F/g,比純二氧化錳提高了近1個數(shù)量級。同時,超結(jié)構(gòu)二氧化錳還有著優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性,2000次循環(huán)后,電容保持率仍有112.7%,優(yōu)于純二氧化錳的50.9%。 (2)通過水熱法制備尺寸均勻的MnO2納米棒,然后對MnO2納米棒進(jìn)行敏化處理在其表面形成一層堿式氯化亞錫,再通過高溫干燥將堿式氯化亞錫分解生成二氧化錫,最終得到MnO2@SnO2核殼結(jié)構(gòu)納米棒。該復(fù)合材料具有優(yōu)異的電化學(xué)性能,其在50mV/s掃描速率時的質(zhì)量比電容值為367.5F/g,約為純MnO2納米棒的4倍。同時,MnO2@SnO2核殼結(jié)構(gòu)納米棒還有著優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性,2000次循環(huán)后,電容保持率仍有91.3%,優(yōu)于純MnO2納米棒的74.6%。 (3)采用了一種簡單的方法制備了MnO2納米棒/Au納米粒子復(fù)合材料。首先通過水熱法制備尺寸均勻的MnO2納米棒,然后在MnO2納米棒表面進(jìn)行氯金酸的還原,進(jìn)而使其表面修飾上一層稀疏的Au納米顆粒。該復(fù)合材料具有優(yōu)異的電化學(xué)性能,其在50mV/s掃描速率下的質(zhì)量比電容值為406.8F/g,約為純二氧化錳值的5倍。同時,復(fù)合材料的循環(huán)穩(wěn)定性也要優(yōu)于純二氧化錳好,經(jīng)過2000次循環(huán)后,其電容保持率仍達(dá)93.3%。Au納米粒子對提高復(fù)合材料的電化學(xué)性能起到了關(guān)鍵作用,它不僅提高了復(fù)合材料的導(dǎo)電性,同時增強(qiáng)了復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。 (4)采用了簡單的二步法制備了MnO2納米棒/Ag納米粒子復(fù)合材料,首先通過水熱法制備尺寸均勻的MnO2納米棒,然后通過聚丙烯酸鈉對納米棒進(jìn)行表面處理以易于銀離子吸附在其表面,當(dāng)加入強(qiáng)還原劑硼氫化鈉后,銀離子將被還原出銀納米粒子緊緊地附著在MnO2納米棒表面,最終形成MnO2納米棒/Ag納米粒子復(fù)合材料。該復(fù)合材料具有優(yōu)異的電化學(xué)性能,其在50mV/s掃描速率下的質(zhì)量比電容值為396.4F/g,約為純二氧化錳值的5倍。同時,復(fù)合材料還有著優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性,2000次循環(huán)后,電容保持率仍有95.2%,優(yōu)于純MnO2納米棒的74.6%。Ag納米粒子對提高復(fù)合材料的電化學(xué)性能起到了至關(guān)重要的作用,它不僅提高了復(fù)合材料的導(dǎo)電性,同時增強(qiáng)了復(fù)合材料的循環(huán)穩(wěn)定性。該復(fù)合材料所具備的優(yōu)異電化學(xué)性能,同時具有低廉的成本,使其有望成為具有應(yīng)用潛力的超級電容器電極材料。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TM53
【目錄】：

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10 姚素薇;郭萌;張自強(qiáng);張衛(wèi)國;;二氧化錳敏感材料的電化學(xué)制備及其pH響應(yīng)特性的研究[A];2009年全國電子電鍍及表面處理學(xué)術(shù)交流會論文集[C];2009年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前6條

1 記者 譚必文　通訊員 李焱華 王芳;[N];團(tuán)結(jié)報;2011年

2 趙歡;[N];團(tuán)結(jié)報;2007年

3 特邀撰稿 向民貴 胡建 周方俊 唐雄英;[N];湖南日報;2011年

4 本報特約記者 向民貴　通訊員 唐正海 胡建 周方俊 舒紹云 覃選生;[N];團(tuán)結(jié)報;2011年

5 本報記者 魏靜;[N];中國證券報;2013年

6 宜豐縣新莊中學(xué) 熊名柳;[N];宜春日報;2009年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前9條

1 刁貴強(qiáng);軟化學(xué)法合成氧化錳及其催化和電化學(xué)性能研究[D];廣東工業(yè)大學(xué);2013年

2 魏春光;二氧化錳的隧道調(diào)控和電化學(xué)離子存儲性能研究[D];清華大學(xué);2013年

3 蔣蓉蓉;納米結(jié)構(gòu)二氧化錳的制備及其作為電化學(xué)電容器電極材料的研究[D];復(fù)旦大學(xué);2010年

4 張立珠;新生態(tài)二氧化錳對水中有機(jī)污染物的強(qiáng)化去除作用[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2008年

5 黃行康;二氧化錳的制備、結(jié)構(gòu)表征及其電化學(xué)性能[D];廈門大學(xué);2007年

6 楊晶晶;納米水合二氧化錳氧化水中典型有機(jī)污染物的效能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2013年

7 尹文新;在氯鹽介質(zhì)中同時電解鉛和二氧化錳的研究[D];東北大學(xué);2008年

8 朱剛;獨特形貌氧化錳納米電極材料的可控制備及其電容性質(zhì)研究[D];陜西師范大學(xué);2013年

9 戴玉明;氧化錳超電容電極材料的制備及其電化學(xué)性能[D];南京大學(xué);2014年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 張瓊;生物氧化錳的形成及其與砷的交互作用[D];山西師范大學(xué);2013年

2 郄忠偉;超級電容器用納米二氧化錳電極材料的制備及性能研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2008年

3 馬賀;微/納米二氧化錳的制備及其電磁特性的研究[D];大連理工大學(xué);2009年

4 王玉婷;納米二氧化錳的可控制備及電化學(xué)性能研究[D];大連理工大學(xué);2011年

5 陳娜;離子液體輔助條件下特異形貌氧化錳的可控制備研究[D];陜西師范大學(xué);2011年

6 吳江麗;輝鉬礦和二氧化錳共同焙燒新工藝的研究[D];中南大學(xué);2005年

7 樓穎偉;納米二氧化錳制備及電化學(xué)性能研究[D];浙江工業(yè)大學(xué);2004年

8 秦繼偉;鐵摻雜納米二氧化錳的制備及其電化學(xué)性能[D];大連理工大學(xué);2012年

9 胡彩園;基于納米二氧化錳的電化學(xué)生物傳感器的研究[D];浙江工業(yè)大學(xué);2012年

10 劉晶;二氧化錳及其復(fù)合材料電化學(xué)性能研究[D];天津大學(xué);2009年

  本文關(guān)鍵詞：氧化錳超電容電極材料的制備及其電化學(xué)性能，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：159318