MOFs基锰氧化物及其复合碳材料的制备及其电化学性能研究

发布时间：2017-12-23 21:36

本文关键词：MOFs基锰氧化物及其复合碳材料的制备及其电化学性能研究　出处：《新疆大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：近年来,化石燃料短缺和环境污染问题日益严重,清洁能源储存与转化输出的材料及器件的开发受到人们的普遍关注。超级电容器作为新型能量的储存与输出装置具有大的能量密度、高的循环稳定性等优点。本论文主要开展以锰基金属有机框架化合物为前驱体合成不同锰氧化物、锰氧化物复合碳材料及双金属复合氧化物的制备及超级电容器性能研究,全文主要研究内容如下:1.室温下以氯化锰为金属盐、甲酸为配体、甲胺为模板制备了锰-甲酸金属框架化合物[(CH_3NH_3)Mn(HCOO)_3],然后通过水热条件下碱液处理[(CH_3NH_3)Mn(HCOO)_3]得到了四氧化三锰空心立方块和实心纳米球。研究了碱液与[(CH_3NH_3)Mn(HCOO)_3]的反应比例、反应时间对产物四氧化三锰形貌的影响。电化学研究结果表明,在电流密度0.3 A g-1下,四氧化三锰空心立方块和实心纳米球的比电容分别为176和150 F g-1,在电流密度2 A g-1下,循环8000圈后电容保持率分别为95%和86%。四氧化三锰空心立方块和实心纳米球的比电容虽然不高,但循环稳定性很好。2.水热条件下,用NaOH溶液处理[(CH_3NH_3)Mn(HCOO)_3]与碳纳米管(CNT)混合溶液,直接制备了Mn_3O_4/CNT复合材料。结构分析结果表明,粒径10 nm左右的Mn_3O_4均匀负载在碳纳米管上,复合材料Mn_3O_4/CNT的比表面积为87.8 m2g-1,孔径分布主要集中在6.5 nm。电化学研究结果表明,Mn_3O_4/CNT电极材料在0.5 A g-1的电流密度下比电容高达206 F g-1。在大电流密度5 A g-1下,循环8000圈后电容保持率为77.3%,与纯的Mn_3O_4相比Mn_3O_4/CNT的比电容及循环稳定性均有了很大的提高。3.采用过硫酸铵氧化法,以煅烧前驱物[(CH_3NH_3)Mn(HCOO)_3]得到的四氧化三锰及碳纳米管为原料,成功制备了片层结构MnO_2/CNT复合材料,探讨了碳纳米管的添加量对MnO_2/CNT的微观形貌及电化学性能的影响。其中复合材料MnO_2/CNT-10的比表面积为253.8 m2 g-1,孔径分布主要集中在5 nm左右。电化学研究结果表明,复合材料MnO_2/CNT-10具有优异的储能性能。在0.5 A g-1的电流密度下,MnO_2/CNT比电容为215 F g-1,在大电流密度5 A g-1下,循环8000圈后MnO_2/CNT的比电容保持率为109%。4.利用金属甲酸框架化合物形貌易于调控、不同金属离子可以均匀掺杂在化合物结构中的优点,以双金属甲酸框架化合物[(CH_3NH_3)Mn_(0.5)Co_(0.5)(HCOO)_3]为前驱物,在空气气氛中煅烧制备了多孔尖晶石型复合氧化物Co_(1.5)Mn_(1.5)O_4。复合氧化物Co_(1.5)Mn_(1.5)O_4的比表面积为32.5 m2 g-1,孔径分布主要集中在4.5 nm左右。电化学研究结果表明,在0.5 A g-1的电流密度下,Co_(1.5)Mn_(1.5)O_4的比电容为310F g-1。在1 A g-1的电流密度下,循环2000圈后比电容保持为初始电容的113%。与相同方法制备的单金属锰氧化物Mn_3O_4相比,复合氧化物具有更高的比电容和优异的循环稳定性。
【学位授予单位】：新疆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TB332;TM53

【参考文献】