当前位置:主页 > 科技论文 > 电力论文 >

纳米锰氧化物及其分级结构复合材料的制备与超级电容器性能研究

发布时间:2018-06-17 08:11

  本文选题:MnO_2 + 薄膜 ; 参考:《华中师范大学》2014年博士论文


【摘要】:锰氧化物比容量高,环保,价格低廉,被认为是最有前途的赝电容电极材料。目前,研究者们通过各种方法来提高锰氧化物的电容性能,比如将其纳米化,通过不同合成手段(比如电化学法、液相法)制备纳米线、纳米管、纳米片等多种形貌的锰氧化物。通常来说,锰氧化物可呈非晶态、弱结晶态和单晶,也容易制成薄膜,测试表明多种形态的锰氧化物都有较高的电容性能,可逆性好,并且在硫酸钠溶液中有1V的较宽的电压窗口。尽管锰氧化物如MnO2有很多优点,但其低的电导率(10-5-10-6s/cm)限制了电子的传输和电化学反应的充分进行;同时对于块体的MnO2来说,其比表面积低,块体内部并没有完全参与表面的电化学反应,也降低了其单位质量下能量的储存。所以要提升MnO2等锰氧化物的电容性能,材料的设计主要集中在将材料纳米化,掺杂以及将锰氧化物与导电性更好(碳、金属、金属氧化物)的材料进行复合。 本论文工作致力于提升锰氧化物的电化学性能,采用化学浴沉积(CBD)法合成得到了纳米MnO2薄膜和CuBi2O4-掺杂的MnO2(CuBi2O4-MnO2)薄膜,设计并合成了分级的TiO2/Cu2O-Mn3O4的三元纳米片复合材料。系统研究了掺杂、基底种类、温度和时间等因素对MnO2和CuBi2O4-MnO2薄膜的结构、形貌和电化学性能的影响,并对三元复合材料TiO2/Cu2O-Mn3O4的协同效应对电化学性能的影响进行了深入分析。主要研究内容如下: (1)采用化学浴沉积(CBD)法合成得到了纳米MnO2薄膜,用XRD、SEM对薄膜的结构和形貌进行了表征。通过改变反应温度和反应时间,在导电玻璃上沉积得到了不同纳米结构的MnO2薄膜。在60℃、8小时沉积条件下,则得到了非晶的纳米花MnO2,当沉积温度更高时,在70、80、90℃下,得到了纳米线和纳米棒的MnO2。在三电极体系,0.1M硫酸钠电解液下,通过伏安曲线、充放电曲线以及电化学阻抗的测试,研究其电化学性能,研究显示,60℃下获得的纳米花有更好的电化学性能,比电容高、倍率性能好,且循环稳定,10000次循环以后还保有93%的初始容量。 (2)研究CuBi2O4掺杂对Mn02薄膜的影响。通过CBD方法分别在导电玻璃和钛片基底上沉积了不同形貌的Mn02和CuBi2O4-MnO2薄膜,研究了掺杂和基底种类对这两种薄膜电化学性能的影响。用XRD、SEM和XPS对薄膜的结构和形貌进行了表征,证明了Cu2+和Bi3+在Mn02中的成功掺杂。在三电极体系,0.1M硫酸钠电解液下,通过伏安曲线、充放电曲线以及电化学阻抗的测试,研究其电化学性能。CuBi2O4-MnO2薄膜的电容值为338Fg-1,远高于MnO2(135F g-1);另外,对于CuBi2O4-MnO2薄膜,其在导电玻璃上的CuBi2O4-MnO2薄膜要比在钛片基底上的比电容更高,且循环性和可逆性更好。 (3)设计并成功制备了分级的三元TiO2/Cu2O-Mn3O4薄膜。水热法得到TiO2褶皱纳米球阵列,然后通过新颖的连续离子层吸附与反应SILAR法在Ti02上生长得到了分级的Cu2O-Mn3O4纳米片。用XRD、SEM、TEM和XPS对薄膜的结构和形貌进行了表征,电化学性能研究表明,三元TiO2/Cu2O-Mn3O4结构的比容量相比于TiO2/Mn3O4, TiO2/Cu2O, Mn3O4都有较大的提升。在3A g-1的电流密度下,比容量高达259F g-1,这源于材料的协同效应。
[Abstract]:Manganese oxide has high specific capacity , environmental protection and low cost . It is considered to be the most promising pseudo - capacitance electrode material . At present , the researchers have adopted various methods to improve the capacitance performance of Mn oxides . For example , the manganese oxides can be made into amorphous state , weak crystalline state and single crystal .
meanwhile , for the MnO2 of the block , the specific surface area is low , the interior of the block does not fully participate in electrochemical reaction on the surface , and the storage of the energy in the unit mass is reduced ; therefore , the capacitance performance of the manganese oxide such as MnO2 is improved , and the design of the material is mainly concentrated on the compounding of the material of the material nano , the doping and the better conductivity of the manganese oxide and the conductivity ( carbon , metal , metal oxide ) .

The effects of doping , substrate species , temperature and time on the structure , morphology and electrochemical properties of MnO2 and CuBi2O4 - MnO2 films were investigated . The effects of doping , substrate species , temperature and time on the structure , morphology and electrochemical properties of MnO2 and CuBi2O4 - MnO2 films were studied .

The nano - MnO2 thin films were synthesized by chemical bath deposition ( CBD ) method . The structure and morphology of the films were characterized by XRD and SEM .

( 2 ) The influence of CuBi2O4 doping on the properties of Mn02 thin films was investigated . The effects of doping and substrate species on the electrochemical properties of the films were investigated by means of CBD method . The structure and morphology of the films were characterized by XRD , SEM and XPS . The CuBi2O4 - MnO2 thin films had a higher capacitance value than MnO2 ( 135F g - 1 ) .

The structure and morphology of TiO 2 / Cu2O - Mn 3O 4 films were characterized by XRD , SEM , TEM and XPS . The results show that the specific capacity of the ternary TiO2 / Cu2O - MnO4 structure is higher than that of TiO2 / Mn2O4 , TiO2 / Cu2O and MnO4 . The specific capacity of the ternary TiO2 / Cu2O - Mn4 structure is 259F g - 1 at the current density of 3A g - 1 , which is the synergistic effect of the material .
【学位授予单位】:华中师范大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:TB383.1;TM53

【共引文献】

相关期刊论文 前10条

1 王永在;廖立兵;黄振宇;;多孔锰氧化物材料的制备与性能研究进展[J];材料导报;2004年06期

2 冉奋;赵磊;张宣宣;吴宁;孔令斌;康龙;;纳米棒状锰氧化物的制备及其电化学电容性能[J];兰州理工大学学报;2013年04期

3 徐国荣;彭满芝;唐安平;吴海江;;多孔钛基氢氧化锰电极的制备及电容特性[J];电源技术;2013年09期

4 田莹莹;杨艳静;向晓霞;胡添添;刘恩辉;;纳米类仙人球状MnO_2的合成与超级电容器性能[J];电源技术;2013年09期

5 王弯;王婷;朱丁;陈云贵;;La和F复合掺杂对LiMn_2O_4高倍率性能的影响[J];功能材料;2013年19期

6 冉奋;张宣宣;王翎任;赵磊;范会利;孔令斌;康龙;;发射状OMS_2型MnO_2的制备及其超级电容性能[J];功能材料;2013年19期

7 Hamid Tajizadegan;Majid Jafari;Mehdi Rashidzadeh;Reza Ebrahimi-Kahrizsangi;Omid Torabi;;Facile Growth of Porous Hierarchical Structure of ZnO Nanosheets on Alumina Particles via Heterogeneous Precipitation[J];Journal of Materials Science & Technology;2013年10期

8 钟晖;戴艳阳;黄浩宇;;电化学电容器碳材料研究现状[J];电源技术;2013年09期

9 杨小勇;司云森;竺培显;周生刚;;钛基氧化铅涂层电极中间层制备技术的研究现状[J];材料导报;2013年21期

10 王鸣晓;张彭义;李金格;姜传佳;;锰负载量对活性炭载锰氧化物的结构及催化分解臭氧性能的影响(英文)[J];催化学报;2014年03期

相关会议论文 前2条

1 赵玉峰;冉伟;熊定邦;张春明;柳伟;高发明;;源自卵壳的高性能多级孔道碳储能材料[A];第30届全国化学与物理电源学术年会论文集[C];2013年

2 袁聪俐;张莹;韦小培;王贵领;曹殿学;;水系钠离子电池正极材料λ-MnO_2的制备及性能研究[A];第30届全国化学与物理电源学术年会论文集[C];2013年

相关博士学位论文 前10条

1 赵越;化学方法制备硫族化合物纳米薄膜的研究[D];山东大学;2010年

2 杨小俊;锰氧八面体分子筛在合成碳酸二苯酯中的性能及制备成型研究[D];天津大学;2010年

3 张]Z;水钠锰矿和锰钾矿的形成、转化途径与机制及对苯酚的降解特性[D];华中农业大学;2011年

4 曾涛;量子点敏化TiO_2基纳米结构太阳能电池制备与表征[D];武汉理工大学;2011年

5 冯雄汉;几种常见氧化锰矿物的合成、转化及表面化学性质[D];华中农业大学;2004年

6 张熊;二氧化锰及其纳米复合材料的可控制备与性能研究[D];北京化工大学;2008年

7 崔浩杰;常压下钙锰矿化学形成的影响因素研究[D];华中农业大学;2008年

8 高超;用于太阳电池的硫化物半导体薄膜的溶液法制备及其性能研究[D];南京航空航天大学;2011年

9 张丽娜;In_2S_3、TiO_2/In_2S_3纳微结构薄膜的制备及其光电化学性质研究[D];吉林大学;2012年

10 宋春华;几种常见氧化锰矿物的电化学性质研究[D];华中农业大学;2010年

相关硕士学位论文 前10条

1 郝丹丹;Bir型氧化锰对阳离子染料的脱色性能研究[D];广东工业大学;2011年

2 付娇;锰氧化物的合成和电化学性能研究[D];武汉工业学院;2011年

3 张会情;锂离子电池正极材料的合成及性能研究[D];河北工业大学;2004年

4 朱立才;新型锰氧化物的制备及其电化学性能研究[D];华南师范大学;2005年

5 唐秀花;钛铸型锰氧微孔复合材料的合成研究[D];陕西师范大学;2006年

6 余正荣;采用液相化学法沉积ZnS缓冲层的研究[D];西安理工大学;2007年

7 宋垠先;氧化型锰矿石氧化焦化废水实验研究[D];合肥工业大学;2007年

8 王莉;新型锰氧化物的制备及表征[D];华南师范大学;2007年

9 吴忠帅;含锰的纳米氧化物及复合物的合成与表征[D];辽宁大学;2007年

10 王建芳;SiO_2-TiO_2柱撑层状氧化锰多孔材料的合成研究[D];陕西师范大学;2007年



本文编号:2030345

资料下载
论文发表

本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlilw/2030345.html


Copyright(c)文论论文网All Rights Reserved | 网站地图 |

版权申明:资料由用户5b920***提供,本站仅收录摘要或目录,作者需要删除请E-mail邮箱bigeng88@qq.com