不同形貌的二氧化锰纳米材料的制备及研究

发布时间：2017-09-21 07:50

  本文关键词：不同形貌的二氧化锰纳米材料的制备及研究

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【摘要】：电化学电容器,也被称为超级电容器,是利用离子吸附(双电层电容)或者材料表面的快速氧化还原反应(赝电容)来存储能量的。在需要高功率输送或者接收能量的地方,它可以用来补充或者替代电池。电荷存储机制的不断完善以及纳米结构材料的最新进展,使得超级电容器的性能得到了显著的改善。图潘等人从理论上预测,基于二氧化锰的超级电容器材料可拥有达到或高于1000F/g的比电容,然而,实际上这些材料表现出了较差的能量供应,约为六分之一或七分之一的上述值。主要是因为普通二氧化锰材料的比表面积小且导电性差,从而使其电化学活性大大受影响。提高二氧化锰比电容的一个关键策略是对其微观形态进行塑造,从而提高其比表面积。通过提高比表面积,可以显著地提高二氧化锰纳米材料的比电容。另一种方法是将更多的导电材料添加到锰氧化物基体中,通过提高电子导电率来增大二氧化锰材料的比电容。本论文主要以二氧化锰纳米材料为研究对象,制备了多种具有特殊形貌的二氧化锰纳米材料并研究了其电化学性能,利用扫描电子显微镜、X射线衍射、BET比表面积测试、氮吸/脱附孔径测试等技术手段表征了所制备材料的微观形态和结构,并利用循环充放电测试、恒流充放电测试等研究了其电化学性能。本文主要包括综述以及实验两大部分,第一章综述部分论述了超级电容器的基本特征和发展现状以及二氧化锰纳米材料的结构、储能机理和主要的制备方法。实验部分以无水硫酸锰和过硫酸钾为反应体系,分别在不同条件下制备出了长棒状二氧化锰纳米材料和花球状二氧化锰纳米材料(第三章),并进一步通过向反应体系中添加具有影响力的阳离子,制备出了短棒状二氧化锰纳米材料和线状二氧化锰纳米材料(第四章),在表征其结构和形貌的基础上,研究了所制备的纳米二氧化锰材料的电化学性能。最后一章为全文的概括总结。
【关键词】：二氧化锰 超级电容器 水热法 比电容
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.1
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 绪论8-14
• 1.1 超级电容器简介9-11
• 1.1.1 超级电容器的特性9-10
• 1.1.2 超级电容器的发展现状10-11
• 1.2 二氧化锰纳米材料简介11-14
• 1.2.1 二氧化锰晶体结构11
• 1.2.2 二氧化锰充放电的机理11-12
• 1.2.3 二氧化锰的制备12
• 1.2.4 二氧化锰与其他金属元素掺杂改性12-14
• 第二章 实验方法14-21
• 2.1 仪器和试剂介绍14
• 2.1.1 主要仪器14
• 2.1.2 化学试剂14
• 2.2 材料的物理性能表征14-16
• 2.2.1 扫描电镜SEM14-15
• 2.2.2 X射线能谱XRD15
• 2.2.3 BET比表面积和孔径分析15-16
• 2.3 电化学测试16-21
• 2.3.1 实验设备16-17
• 2.3.2 循环伏安测试方法及原理17-18
• 2.3.3 恒电流充放电测试法18-21
• 第三章 棒状和花球状二氧化锰材料的制备21-34
• 3.1 引言21
• 3.2 棒状纳米二氧化锰材料的制备与表征21-26
• 3.2.1 水热法高温下制备二氧化锰纳米材料21-22
• 3.2.2 二氧化锰材料的形貌分析22-23
• 3.2.3 棒状二氧化锰材料的物相分析23-24
• 3.2.4 棒状纳米二氧化锰材料的电化学性能测试24-26
• 3.3 棒状二氧化锰材料的比表面积分析26-29
• 3.4 花球状纳米二氧化锰材料的制备与表征29-33
• 3.4.1 水热法低温下制备花球状纳米二氧化锰材料29
• 3.4.2 花球状二氧化锰材料的形貌分析29-30
• 3.4.3 花球状二氧化锰材料的物相分析30
• 3.4.4 花球状纳米二氧化锰材料的电化学性能测试30-32
• 3.4.5 花球状二氧化锰材料的比表面积分析32-33
• 3.5 本章小结33-34
• 第四章 离子对制备二氧化锰材料形貌的影响34-44
• 4.1 引言34
• 4.2 掺杂铁离子制备短棒状纳米二氧化锰材料34-38
• 4.2.1 短棒状纳米二氧化锰材料的制备35
• 4.2.2 短棒状二氧化锰纳米材料的形貌分析35-36
• 4.2.3 短棒状二氧化锰纳米材料的物相分析36
• 4.2.4 短棒状纳米二氧化锰材料的电化学性能测试36-38
• 4.3 短棒状二氧化锰纳米材料的比表面积分析38-39
• 4.4 掺杂钠离子制备线状纳米二氧化锰材料39-44
• 4.4.1 线状纳米二氧化锰材料的制备39-40
• 4.4.2 线状二氧化锰纳米材料的形貌分析40
• 4.4.3 线状二氧化锰纳米材料的物相分析40-41
• 4.4.4 线状纳米二氧化锰材料的电化学性能测试41-42
• 4.4.5 线状二氧化锰纳米材料的比表面积分析42-44
• 第五章 总结44-45
• 5.1 全文工作总结44
• 5.2 工作展望44-45
• 参考文献45-49
• 致谢49

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本文编号：893271