自模板法制备锰基多孔材料及其电化学储能性能研究

发布时间：2017-06-08 14:02

  本文关键词：自模板法制备锰基多孔材料及其电化学储能性能研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：众所周知,人类赖以生存的不可再生资源逐渐匮乏,加大对可再生资源的利用力度成为必然。与此同时,人们日常生活中对电子产品的需求日益增加,这使得储能技术成为未来能源系统发展的关键。在众多储能技术中,进步最快的当属电化学储能技术,以锂离子电池和超级电容器为主导的电化学储能器件极具产业化应用前景。电极材料是电化学储能技术的核心,直接决定了储能器件的性能。因此,研究者们花费大量的时间来更新材料的组成和结构,希望制备出最佳性能的电极材料来提高储能器件的综合性能。多孔材料因其自身密度低,大的表面积,稳定性和表面渗透性等优点成为电极材料的研究热点。本篇论文以立方体普鲁士蓝类化合物作为前驱体,采用自模板法制备出不同组成和结构的锰基多孔材料,并对其进行超电性能研究。具体研究结果如下：1.采用自模板法,以立方体Mn_3[Fe(CN)_6]_2作为前驱体,水热制备出三维网状Mn_7O_(13)·5H_2O材料。研究结果显示,在我们的实验条件下,产物能很好的保持前驱体的立方体结构,前驱体中的六氰合铁酸根配离子被取代,因而产物形成了立方体三维网状结构。该材料在5 mV s-1的扫速下获得比电容为248 F g1,对其充放电循环1000次电容保持率为73%。在三维网状Mn_7O_(13)·5H_2O的基础上500℃煅烧得空心网状Mn3O4,在5 mV s-1的扫速下,其比电容为354 F g1,充放电8000次后,其电容保持率仍达77%。对于本文所研究的锰氧化物Mn_7O_(13)·5H_2O材料在储能方面鲜有研究,而空心网状Mn304材料表现出的超电性能,高于其他文献中报道过的Mn304;2. 以立方体Mn_3[Fe(CN)_6]_2作为前驱体,选用醇水混合溶剂,改变锡酸钠用量,反应时间和温度,采用自模板法,水热得到多孔MnSn(OH)6/SnO2复合材料。测试表征结果显示,复合物保持了前驱体的立方体结构。作为超级电容器电极材料分析显示在1 mV s以的扫速下材料的比电容为341 F g1,充放电循环1000次后其电容保持率为72%. MnSn(OH)6和Sn02材料都曾被作为电极材料研究过,但两者的复合物却很少被研究。因此,两种材料的协同作用或许会使该复合物表现出不同的储能特性;3. 采用自模板法,以立方体Mn_3[Fe(CN)_6]_2作为前驱体,选用醇水混合溶剂,加入磷酸氢二钠,调控反应时间和温度及磷酸氢二钠的用量,水热合成空心多孔Mn_3(PO_4)_2·3H_2O材料。作为超级电容器的电极材料分析,在1 mV s-1的扫描速率下材料的比电容为324 F g1,充放电循环5000次后其电容保持率达98%。相比于其他文献中报道的磷酸锰材料,该空心多孔Mn_3(PO_4)_2·3H_2O材料表现出了更好的超电性能,是一种具有很大应用空间的电极材料。
【关键词】：超电性能 锰基多孔材料 自模板法
【学位授予单位】：宁夏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.4
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 绪论8-18
• 1.1 引言8
• 1.2 超级电容器概述8-12
• 1.2.1 分类与原理8-9
• 1.2.2 超级电容器的组装9-11
• 1.2.3 超级电容器的应用前景11-12
• 1.3 电极材料的研究进展12-14
• 1.3.1 碳基材料12-13
• 1.3.2 金属氧化物13
• 1.3.3 导电聚合物13
• 1.3.4 复合材料13-14
• 1.4 多孔材料概述14-15
• 1.4.1 多孔材料14
• 1.4.2 多孔材料的制备技术14-15
• 1.4.3 多孔材料在超级电容器中的应用进展15
• 1.5 本论文的选题意义与研究内容15-18
• 第二章 实验部分18-23
• 2.1 实验试剂18
• 2.2 实验仪器18-19
• 2.3 材料的表征19-20
• 2.3.1 X-射线粉末衍射仪(XRD)19
• 2.3.2 傅里叶变换红外光谱(FTIR)19
• 2.3.3 扫描电子显微镜(SEM)19-20
• 2.3.4 透射电子显微镜(TEM)20
• 2.3.5 N_2吸附-脱附(N_2 adsorption-desorption)20
• 2.3.6 X-射线光电子能谱(XPS)20
• 2.4 材料的超电性能研究20-23
• 2.4.1 测试系统20-21
• 2.4.2 测试方法与分析21-23
• 第三章 三维网状锰氧化物的制备及其超电性能23-41
• 3.1 引言23
• 3.2 材料的制备23-25
• 3.2.1 前驱体材料Mn_3[Fe(CN)_6]_2的制备过程23
• 3.2.2 三维网状结构Mn_7O_(13)·5H_2O的制备过程23-24
• 3.2.3 片状结构Mn_7O_(13)·5H_2O的制备过程24
• 3.2.4 空心网状Mn_3O_4的制备过程24-25
• 3.3 实验结果与分析25-33
• 3.3.1 前驱体Mn_3[Fe(CN)_6]_2材料的结果分析25-26
• 3.3.2 Mn_7O_(13)·5H_2O材料的物相分析26-27
• 3.3.3 三维网状Mn_7O_(13)·5H_2O材料的结构分析27-28
• 3.3.4 片状Mn_7O_(13)·5H_2O的结构分析28-29
• 3.3.5 空心网状Mn_3O_4的物相分析29-30
• 3.3.6 空心网状Mn_3O_4的结构分析30-31
• 3.3.7 反应条件对材料的物相和结构的影响31-33
• 3.4 超电性能研究33-39
• 3.4.1 不同结构Mn_7O_(13)·5H_2O材料的性能对比33-35
• 3.4.2 三维网状结构Mn_7O_(13)·5H_2O材料的性能研究35-37
• 3.4.3 空心网状Mn_3O_4材料的性能研究37-39
• 3.5 比表面积和孔结构对性能的影响分析39-40
• 3.6 本章小结40-41
• 第四章 多孔羟基锡酸锰/二氧化锡复合物的制备及其超电性能41-53
• 4.1 引言41
• 4.2 羟基锡酸锰/二氧化锡复合材料的制备41-42
• 4.2.1 空心多孔MnSn(OH)_6/SnO_2复合材料的制备过程41-42
• 4.2.2 普通颗粒MnSn(OH)_6材料的制备过程42
• 4.3 实验结果与分析42-48
• 4.3.1 材料的物相分析42-44
• 4.3.2 MnSn(OH)_6/SnO_2复合材料的结构表征44
• 4.3.3 MnSn(OH)_6材料的结构表征44-45
• 4.3.4 反应条件对材料的物相和结构的影响45-48
• 4.4 超电性能研究48-51
• 4.4.1 空心多孔MnSn(OH)_6/SnO_2与普通MnSn(OH)_6材料的性能对比48-49
• 4.4.2 空心多孔MnSn(OH)_6/SnO_2复合材料的性能研究49-51
• 4.5 比表面积和孔结构对性能的影响分析51
• 4.6 本章小结51-53
• 第五章 空心多孔磷酸锰的制备及其超电性能53-65
• 5.1 引言53
• 5.2 磷酸锰材料的制备53-54
• 5.2.1 空心多孔Mn_3(PO_4)_2·3H_2O材料的制备过程53-54
• 5.2.2 片状Mn_3(PO_4)_2·3H_2O材料的制备过程54
• 5.3 实验结果与分析54-60
• 5.3.1 材料的物相分析54-55
• 5.3.2 空心多孔Mn_3(PO_4)2·3H_2O的结构表征55-56
• 5.3.3 片状Mn_3(PO_4)_2·3H_2O的结果表征56
• 5.3.4 反应条件对材料的物相和结构的影响56-60
• 5.4 超电性能研究60-63
• 5.4.1 不同结构磷酸锰材料的性能研究60-62
• 5.4.2 空心多孔磷酸锰材料的性能研究62-63
• 5.5 比表面积和孔结构对性能的影响分析63-64
• 5.6 本章小结64-65
• 第六章 总结与展望65-66
• 参考文献66-71
• 致谢71-72
• 个人简介72
• 硕士期间发表的论文72

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本文编号：432698