二氧化锰—聚合物复合材料的循环伏安法制备及性能研究

发布时间：2018-01-25 05:56

  本文关键词： 循环伏安 复合电极 二氧化锰 导电聚合物 比电容 氧气还原反应　出处：《河北师范大学》2010年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】： 作为一种重要的电极材料,MnO2由于具有价格低廉、比表面积大、来源广泛、对环境友好、电化学性能稳定、理论比电容高和可逆性高等优点,已广泛应用于中性锌锰干电池作去极化剂及一次、二次碱锰和锂锰电池中。但是由于天然二氧化锰(natural manganese dioxide, NMD)矿的电化学活性较差,而且近几年来二氧化锰矿产巨大的开采量导致其资源日益枯竭,化学电源工作者就更加注重对二氧化锰电极材料进行改性的研究。 本文在利用循环伏安(cyclic voltammetry, CV)的电化学方法沉积二氧化锰的基础上,以扫描速度为例探讨了沉积条件对二氧化锰比电容的影响。并比较了不同方法电镀二氧化锰形貌的差异。通过分别与电子导电聚合物(electronically conducting polymers, ECPs):聚苯胺(polyaniline, PANI)和聚吡咯(polypyrrole, PPy)组成复合二氧化锰电极研究了二氧化锰的掺杂性,获得的主要结果、结论如下: 1、可以利用循环伏安的方法在石墨电极上电沉积二氧化锰,根据Mn(Ⅱ)的扩散系数计算了反应的摩尔电子转移数,并根据不同扫描速度电沉积二氧化锰的电化学反应数据推测了石墨电极上循环伏安法沉积MnO2的EC反应(electrochemical-chemical reaction)机理。电化学测试表明制备二氧化锰的面积比电容随着扫描速度的增大而减小,而且电极材料具有较强的对氧还原反应的催化活性,并首次通过速控步和平衡态近似法建立该反应的催化动力学模型。 2、通过利用包括计时电位、电位阶跃和恒电位在内的其它电化学实验方法得到形貌可控的二氧化锰。 3、可以利用循环伏安的方式在石墨电极上电沉积二氧化锰-聚苯胺复合电极材料,二氧化锰-聚苯胺的扫描电镜(scanning electron microscopy, SEM)照片表明二氧化锰包裹着聚苯胺形成空间链结构。X-射线能量色散谱(energy dispersive x-ray spectrometer, EDS)元素分析图中Mn的峰说明在石墨电极上的锰元素来自于电沉积出来的二氧化锰。热重分析(thermo gravimetric analysis, TGA)表明二氧化锰-聚苯胺复合电极材料具有良好的热稳定性。 4、可以利用循环伏安的技术在石墨电极上沉积制备二氧化锰-聚吡咯复合膜电极,循环伏安测试表明二氧化锰-聚吡咯电极具有较强的储存电荷能力,恒电流充放电曲线表明二氧化锰-聚吡咯材料具有良好的循环稳定性。氧还原电测试显示二氧化锰-聚吡咯电极具有对氧气还原较高的催化性。
[Abstract]:As an important electrode material, MNO _ 2 has the advantages of low price, large specific surface area, wide source, friendly to the environment, stable electrochemical performance, high theoretical capacitance and high reversibility. It has been widely used as depolarizer and primary, secondary alkaline manganese and lithium manganese battery for neutral zinc manganese dry battery. But natural manganese dioxide is natural due to natural manganese dioxide. The electrochemical activity of NMD) ore is poor, and in recent years, the huge exploitation of manganese dioxide mineral resources has resulted in the depletion of its resources. Chemical power supply workers pay more attention to the modification of manganese dioxide electrode materials. In this paper, manganese dioxide was deposited by cyclic voltammetry (CVV) electrochemical method. The effect of deposition conditions on the specific capacitance of manganese dioxide was investigated by taking the scanning rate as an example. The morphologies of manganese dioxide electroplated by different methods were compared. Electronically conducting polymers. Polyaniline Polyaniline (PANI) and polypyrrole (polypyrrole). PPy-based composite manganese dioxide electrode was used to study the doping of manganese dioxide. The main results obtained are as follows: 1. Manganese dioxide can be electrodeposited on graphite electrode by cyclic voltammetry. The molar electron transfer number of the reaction can be calculated according to the diffusion coefficient of mn (鈪，

本文编号：1462179