水钠/钾锰矿型层状MnO 2 的水热制备及其电容性质研究
发布时间：2021-11-18 10:14
基于高锰酸钾和十六烷基三甲基氢氧化铵之间的氧化还原反应,采用水热法制备了MnO2材料。应用X射线衍射、扫描电镜和氮气吸脱附技术对所得材料的结构、形貌和表面性质进行表征。结果表明:所得材料具有水钠/钾锰矿（Birnessite）型层状结构,比表面积为70m2/g。研究了反应时间对产物结构和形貌的影响。此外,采用循环伏安法测试了MnO2材料的电容性质。当扫描速度为5mV/s时,比电容达到199F/g。
【文章来源】：化工新型材料. 2017,45(11)北大核心CSCD
【文章页数】：3 页
【部分图文】：
图１Ｓ１的ＸＲＤ谱图（ａ）和ＳＥＭ图（ｂ）
上均未出现明显的氧化还原峰，这说明Ｓ１电极和电解液之间的电荷交换以恒定的速度进行，Ｓ１电极能够以不变的速度进行充放电。计算结果表明，Ｓ１的比电容为１９９Ｆ／ｇ（扫速为５ｍＶ／ｓ）。该数值高于三维介孔结构β－ＭｎＯ２的比电容（２ｍＶ／ｓ），尽管β－ＭｎＯ２的比表面积高达１９９．７ｍ２／ｇ［１０］。纳米花状δ－ＭｎＯ２在ＬｉＯＨ中的比电容高于Ｓ１的比电容，但其测试电位窗口仅为０．８５Ｖ［１１］。而电位窗口的大小图５Ｓ１电极的ＣＶ曲线图是决定电极材料能量密度和功率密度高低的关键因素之一。３结论以ＫＭｎＯ４为锰源、ＣＴＡＯＨ为还原剂，采用水热合成技术制备了布塞尔矿型ＭｎＯ２。水热反应时间对产物的形貌和结构具有显著影响。在１ｍｏｌ／ＬＮａ２ＳＯ４水溶液中，制备材料具有良好的电容行为。当扫速为５ｍＶ／ｓ时，其比电容达到１９９Ｆ／ｇ。由于制备方法简单、反应时间短、比表面积较大、比电容较高，布塞尔矿型ＭｎＯ２是一种优良的超级电容器备选电极材料。参考文献［１］ＺｈｕＧ，ＤｅｎｇＬ，ＷａｎｇＪ，ｅｔａｌ．Ｔｈｅｓｉｍｐｌｅｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆｂｉｒ－ｎｅｓｓｉｔｅ－ｔｙｐｅｍａｎｇａｎｅｓｅｏｘｉｄｅｗｉｔｈｆｌｏｗｅｒ－ｌｉｋｅｍｉｃｒｏｓｐｈｅｒｅｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙａｎｄｉｔｓｒｅｍａｒｋａｂｌｅｃａｐａｃｉｔｙｒｅｔｅｎｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｍａｔｅｒｉ－ａｌｓＲｅｓｅａｒｃｈＢｕｌｌｅｔｉｎ，２０１２，４７（１１）：３５３３－３５３７．［２］彭波，程晓
型层状ＭｎＯ２的水热制备及其电容性质研究２．２层状ＭｎＯ２的气体吸附性质分析以氮气作吸附质，测试Ｓ１的微观结构和孔性质，结果如图４所示。由图可知，根据ＩＵＰＡＣ的分类，Ｓ１的吸附等温线属于第Ⅱ类型，迟滞环归属为Ｈ３型。Ｓ１的ＢＥＴ比表面积为７０ｍ２／ｇ。该数值明显高于γ－ＭｎＯ２微米片和微球的比表面积［９］。材料的比表面积与其比电容的大小密切相关。大比表面积会提供更多的活性位点，因而使电极材料表现出更高的比电容。图４Ｓ１的氮气吸附－脱附等温线图２．３层状ＭｎＯ２的电容性质分析以Ｎａ２ＳＯ４水溶液（１ｍｏｌ／Ｌ）为电解液，在三电极体系中采用循环伏安（ＣＶ）法测试产物Ｓ１的电容性质，不同扫描速度下（５、１０、２０和５０ｍＶ／ｓ）得到的ＣＶ曲线如图５所示。由图可知，当扫速为５ｍＶ／ｓ时，ＣＶ曲线为平行四边形，这说明电极材料Ｓ１具有良好的电容性质。扫速增大至１０ｍＶ／ｓ时，ＣＶ曲线的平行四边形形状保持较好。不过，当扫速继续增大，ＣＶ曲线逐渐偏离平行四边形，这是因为当扫速过大时电解液中的钠离子来不及完全从Ｓ１中嵌入和脱出，从而使材料利用率降低造成的。此外，４条ＣＶ曲线上均未出现明显的氧化还原峰，这说明Ｓ１电极和电解液之间的电荷交换以恒定的速度进行，Ｓ１电极能够以不变的速度进行充放电。计算结果表明，Ｓ１的比电容为１９９Ｆ／ｇ（扫速为５ｍＶ／ｓ）。该数值高于三维介孔结构β－ＭｎＯ２的比电容（２ｍＶ／ｓ），尽管β－ＭｎＯ２的
【参考文献】：
期刊论文
[1]碱性水钠锰矿氧化Cr（Ⅲ）的影响因素研究[J]. 彭波,程晓迪,吕红晓,张嵚. 环境工程. 2015(07)
[2]纳米酸性水钠锰矿去除亚甲基蓝的研究[J]. 彭波,陈若愚,程晓迪,吕红晓,张嵚. 环境工程. 2015(02)
[3]水热法制备氧化锰纳米材料及其电容性能[J]. 朱刚. 硅酸盐通报. 2014(07)
[4]微波诱导催化氧化水钠锰矿降解亚甲基蓝[J]. 幸雪冰,王小雨,朱忠军,吕国诚. 化工进展. 2013(08)
[5]Birnessite和Cryptomelane型氧化锰的可控合成及其催化性能[J]. 刁贵强,余林,孙明,余倩,范方强,那秀辉. 催化学报. 2009(11)
本文编号：3502716
【文章来源】：化工新型材料. 2017,45(11)北大核心CSCD
【文章页数】：3 页
【部分图文】：
图１Ｓ１的ＸＲＤ谱图（ａ）和ＳＥＭ图（ｂ）
上均未出现明显的氧化还原峰，这说明Ｓ１电极和电解液之间的电荷交换以恒定的速度进行，Ｓ１电极能够以不变的速度进行充放电。计算结果表明，Ｓ１的比电容为１９９Ｆ／ｇ（扫速为５ｍＶ／ｓ）。该数值高于三维介孔结构β－ＭｎＯ２的比电容（２ｍＶ／ｓ），尽管β－ＭｎＯ２的比表面积高达１９９．７ｍ２／ｇ［１０］。纳米花状δ－ＭｎＯ２在ＬｉＯＨ中的比电容高于Ｓ１的比电容，但其测试电位窗口仅为０．８５Ｖ［１１］。而电位窗口的大小图５Ｓ１电极的ＣＶ曲线图是决定电极材料能量密度和功率密度高低的关键因素之一。３结论以ＫＭｎＯ４为锰源、ＣＴＡＯＨ为还原剂，采用水热合成技术制备了布塞尔矿型ＭｎＯ２。水热反应时间对产物的形貌和结构具有显著影响。在１ｍｏｌ／ＬＮａ２ＳＯ４水溶液中，制备材料具有良好的电容行为。当扫速为５ｍＶ／ｓ时，其比电容达到１９９Ｆ／ｇ。由于制备方法简单、反应时间短、比表面积较大、比电容较高，布塞尔矿型ＭｎＯ２是一种优良的超级电容器备选电极材料。参考文献［１］ＺｈｕＧ，ＤｅｎｇＬ，ＷａｎｇＪ，ｅｔａｌ．Ｔｈｅｓｉｍｐｌｅｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆｂｉｒ－ｎｅｓｓｉｔｅ－ｔｙｐｅｍａｎｇａｎｅｓｅｏｘｉｄｅｗｉｔｈｆｌｏｗｅｒ－ｌｉｋｅｍｉｃｒｏｓｐｈｅｒｅｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙａｎｄｉｔｓｒｅｍａｒｋａｂｌｅｃａｐａｃｉｔｙｒｅｔｅｎｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｍａｔｅｒｉ－ａｌｓＲｅｓｅａｒｃｈＢｕｌｌｅｔｉｎ，２０１２，４７（１１）：３５３３－３５３７．［２］彭波，程晓
型层状ＭｎＯ２的水热制备及其电容性质研究２．２层状ＭｎＯ２的气体吸附性质分析以氮气作吸附质，测试Ｓ１的微观结构和孔性质，结果如图４所示。由图可知，根据ＩＵＰＡＣ的分类，Ｓ１的吸附等温线属于第Ⅱ类型，迟滞环归属为Ｈ３型。Ｓ１的ＢＥＴ比表面积为７０ｍ２／ｇ。该数值明显高于γ－ＭｎＯ２微米片和微球的比表面积［９］。材料的比表面积与其比电容的大小密切相关。大比表面积会提供更多的活性位点，因而使电极材料表现出更高的比电容。图４Ｓ１的氮气吸附－脱附等温线图２．３层状ＭｎＯ２的电容性质分析以Ｎａ２ＳＯ４水溶液（１ｍｏｌ／Ｌ）为电解液，在三电极体系中采用循环伏安（ＣＶ）法测试产物Ｓ１的电容性质，不同扫描速度下（５、１０、２０和５０ｍＶ／ｓ）得到的ＣＶ曲线如图５所示。由图可知，当扫速为５ｍＶ／ｓ时，ＣＶ曲线为平行四边形，这说明电极材料Ｓ１具有良好的电容性质。扫速增大至１０ｍＶ／ｓ时，ＣＶ曲线的平行四边形形状保持较好。不过，当扫速继续增大，ＣＶ曲线逐渐偏离平行四边形，这是因为当扫速过大时电解液中的钠离子来不及完全从Ｓ１中嵌入和脱出，从而使材料利用率降低造成的。此外，４条ＣＶ曲线上均未出现明显的氧化还原峰，这说明Ｓ１电极和电解液之间的电荷交换以恒定的速度进行，Ｓ１电极能够以不变的速度进行充放电。计算结果表明，Ｓ１的比电容为１９９Ｆ／ｇ（扫速为５ｍＶ／ｓ）。该数值高于三维介孔结构β－ＭｎＯ２的比电容（２ｍＶ／ｓ），尽管β－ＭｎＯ２的
【参考文献】：
期刊论文
[1]碱性水钠锰矿氧化Cr（Ⅲ）的影响因素研究[J]. 彭波,程晓迪,吕红晓,张嵚. 环境工程. 2015(07)
[2]纳米酸性水钠锰矿去除亚甲基蓝的研究[J]. 彭波,陈若愚,程晓迪,吕红晓,张嵚. 环境工程. 2015(02)
[3]水热法制备氧化锰纳米材料及其电容性能[J]. 朱刚. 硅酸盐通报. 2014(07)
[4]微波诱导催化氧化水钠锰矿降解亚甲基蓝[J]. 幸雪冰,王小雨,朱忠军,吕国诚. 化工进展. 2013(08)
[5]Birnessite和Cryptomelane型氧化锰的可控合成及其催化性能[J]. 刁贵强,余林,孙明,余倩,范方强,那秀辉. 催化学报. 2009(11)
本文编号：3502716
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