超薄二氧化锰@碳纳米球复合材料的制备及电容特性
发布时间：2021-01-20 18:41
本工作采用液相沉淀法制备了二氧化锰@碳纳米球电极材料,通过碳纳米球复合的方式对二氧化锰进行改性。经XRD分析可知,合成的材料以水钠锰矿的形式存在;由TEM和SEM分析可知,碳纳米球均匀分布在片层状二氧化锰的表面,使其更加饱满充实。由电化学测量可知,适量碳纳米球的引入明显提高了材料的电化学性能,在二氧化锰复合碳纳米球摩尔分数为100%时,所得材料拥有最佳比容量,即在1 A·g-1电流密度下放电比容量为166.3 F·g-1,当电流密度增加到10 A·g-1时,材料的比容量仍能保持在135.9 F·g-1,经历2 000次循环后电容保持率高达95.1%,说明材料具有优异的倍率特性和较高的稳定性。这可能是由于引入碳纳米球后提高了水钠锰矿的导电性,从而增加了其活性位点的数量。
【文章来源】：材料导报. 2020,34(16)北大核心
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
(a,b)CMn-1.00样品的TEM图，(c)CMn-1.00样品的EDS图
CMn-0.00、CMn-1.00、CMn-1.50样品的XRD谱如图1所示，2θ为12.5°、25.0°、35.7°、37.1°分别对应水钠锰矿Na4Mn14O27·9H2O(JCPDS 23-1046)的(002)、(212)、(144)、(161)晶面。所测样品中均未发现碳纳米球衍射峰，说明所形成的碳纳米球以非晶态存在于样品表面。样品的衍射峰强度较弱且峰面较宽，说明样品中的晶体颗粒尺寸比较小，材料的结晶性较差，使得材料结晶颗粒尺寸不均，导致材料表面出现各种缺陷、位错、裂隙等。由于在室温下合成了样品，因此二氧化锰含有大量结晶水，这将会导致材料结晶性较差。3.2 形貌分析
图2为CMn-0.00、CMn-1.00、CMn-1.50样品在高、低倍放大率下的SEM图。由图2可知，复合碳纳米球后样品的形貌发生明显改变，呈现出片状的二氧化锰表面包覆一层碳纳米球颗粒。由图2a、b可知，CMn-0.00样品具有片状结构且排列紧密，这种紧密结构会阻碍电化学反应的进一步进行，从而影响材料的电化学性能。由图2c、d可知，CMn-1.00样品的表面生长了颗粒状碳纳米球，使得样品表面更加饱满充实，同时形成了很多空隙，降低了片层之间的团聚，有利于电解液的进入，增大了样品的比表面积，为电化学反应提供了更多的反应位点和反应深度。由于碳纳米球的引入提高了二氧化锰的导电性，有利于电化学反应的进行，最终提高了其电化学性能。由图2e、f可知，CMn-1.50样品表面复合了大量的碳纳米球颗粒，使得二氧化锰几乎被完全包覆，由于过量碳纳米球的引入导致二氧化锰的质量分数降低，从而影响了其电化学性能。由以上分析可知，适量碳纳米球的引入能够提高材料的导电性和加快电化学反应，利于提高材料的电化学性能。为了更清楚地了解碳纳米球与二氧化锰之间的接触状态及分布状况，对CMn-1.00样品进行了TEM分析。通过图3a、b可知，在不同倍数下能观察到碳纳米球均匀地分布在片层状水钠锰矿表面;由图3b能直观地看到碳纳米球和二氧化锰紧密接触且相间均匀分布。这说明复合效果很理想，提高了二氧化锰的导电性，降低了片层状结构的团聚现象，从而增大了比表面积，提供了更多的活性位点。原位示踪采用TEM原位元素映射法分析可得到CMn-1.00复合材料主要由C、O、Mn元素构成，与XRD分析结果一致。同时，通过面分布图像(图3c)可以观察到C、Mn、O元素在样品中均匀分布，这与SEM及TEM的结果一致，说明材料复合达到预期效果。
【参考文献】：
期刊论文
[1]导电聚合物复合材料作为超级电容器电极材料[J]. 殷金玲,李一栋. 化学工程师. 2011(07)
[2]超级电容器用多孔碳材料的研究进展[J]. 田艳红,付旭涛,吴伯荣. 电源技术. 2002(06)
本文编号：2989568
【文章来源】：材料导报. 2020,34(16)北大核心
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
(a,b)CMn-1.00样品的TEM图，(c)CMn-1.00样品的EDS图
CMn-0.00、CMn-1.00、CMn-1.50样品的XRD谱如图1所示，2θ为12.5°、25.0°、35.7°、37.1°分别对应水钠锰矿Na4Mn14O27·9H2O(JCPDS 23-1046)的(002)、(212)、(144)、(161)晶面。所测样品中均未发现碳纳米球衍射峰，说明所形成的碳纳米球以非晶态存在于样品表面。样品的衍射峰强度较弱且峰面较宽，说明样品中的晶体颗粒尺寸比较小，材料的结晶性较差，使得材料结晶颗粒尺寸不均，导致材料表面出现各种缺陷、位错、裂隙等。由于在室温下合成了样品，因此二氧化锰含有大量结晶水，这将会导致材料结晶性较差。3.2 形貌分析
图2为CMn-0.00、CMn-1.00、CMn-1.50样品在高、低倍放大率下的SEM图。由图2可知，复合碳纳米球后样品的形貌发生明显改变，呈现出片状的二氧化锰表面包覆一层碳纳米球颗粒。由图2a、b可知，CMn-0.00样品具有片状结构且排列紧密，这种紧密结构会阻碍电化学反应的进一步进行，从而影响材料的电化学性能。由图2c、d可知，CMn-1.00样品的表面生长了颗粒状碳纳米球，使得样品表面更加饱满充实，同时形成了很多空隙，降低了片层之间的团聚，有利于电解液的进入，增大了样品的比表面积，为电化学反应提供了更多的反应位点和反应深度。由于碳纳米球的引入提高了二氧化锰的导电性，有利于电化学反应的进行，最终提高了其电化学性能。由图2e、f可知，CMn-1.50样品表面复合了大量的碳纳米球颗粒，使得二氧化锰几乎被完全包覆，由于过量碳纳米球的引入导致二氧化锰的质量分数降低，从而影响了其电化学性能。由以上分析可知，适量碳纳米球的引入能够提高材料的导电性和加快电化学反应，利于提高材料的电化学性能。为了更清楚地了解碳纳米球与二氧化锰之间的接触状态及分布状况，对CMn-1.00样品进行了TEM分析。通过图3a、b可知，在不同倍数下能观察到碳纳米球均匀地分布在片层状水钠锰矿表面;由图3b能直观地看到碳纳米球和二氧化锰紧密接触且相间均匀分布。这说明复合效果很理想，提高了二氧化锰的导电性，降低了片层状结构的团聚现象，从而增大了比表面积，提供了更多的活性位点。原位示踪采用TEM原位元素映射法分析可得到CMn-1.00复合材料主要由C、O、Mn元素构成，与XRD分析结果一致。同时，通过面分布图像(图3c)可以观察到C、Mn、O元素在样品中均匀分布，这与SEM及TEM的结果一致，说明材料复合达到预期效果。
【参考文献】：
期刊论文
[1]导电聚合物复合材料作为超级电容器电极材料[J]. 殷金玲,李一栋. 化学工程师. 2011(07)
[2]超级电容器用多孔碳材料的研究进展[J]. 田艳红,付旭涛,吴伯荣. 电源技术. 2002(06)
本文编号：2989568
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