錳氧化物納米材料電化學(xué)合成及電性能研究.pdf

1、錳氧化物作為傳統(tǒng)的電極材料，廣泛應(yīng)用于鋰錳電池、鋅錳電池、堿錳電池等化學(xué)電源中。超級(jí)電容器是目前公認(rèn)的實(shí)用、高效和環(huán)保的能量存儲(chǔ)元件。錳氧化物納米材料所形成的電極的充放電容量、峰值電流等電化學(xué)性能較高，在超級(jí)電容器中有巨大的應(yīng)用潛力。錳氧化物納米材料的結(jié)構(gòu)、活性及充放電能力與制備方法息息相關(guān)，因此研究合成錳氧化物納米材料的方法尤為重要。電沉積是一種非常簡(jiǎn)便的納米材料合成方法，制備的產(chǎn)物結(jié)構(gòu)精確、雜質(zhì)少?；诖?，本論文分別用不銹鋼和AAO

2、模板作為基底，通過(guò)電沉積制備出錳氧化物，并研究其電化學(xué)性能。
　　 本論文首先利用循環(huán)伏安電沉積法，在不銹鋼基底上制備出由納米片堆積形成的錳氧化物納米結(jié)構(gòu)薄膜，納米片的寬大概在20～30nm，長(zhǎng)在100～200nm之間，薄膜的形貌受掃描速率影響較大。實(shí)驗(yàn)表明在電化學(xué)沉積過(guò)程中，無(wú)定形納米片薄膜為錳氧化物的主要生長(zhǎng)方式，在較低的掃描速率下，薄膜的生長(zhǎng)速率較慢，堆積密度較大。通過(guò)在Na2SO4溶液中的循環(huán)伏安測(cè)試，錳氧化物電極在0～

3、1V(vs.SCE)電位窗口范圍內(nèi)具有較好的循環(huán)性、可逆性和再現(xiàn)性，電沉積的時(shí)間對(duì)產(chǎn)物的比容量影響較大，最大比電容達(dá)210.9F·g-1。
　　 其次，通過(guò)電沉積法在陽(yáng)極氧化鋁(AAO)模板上制備出高度有序、尺寸均勻的無(wú)定形錳氧化物納米線(xiàn)陣列。其中，利用氧化法在0.1mol.L-1Mn(Ac)2和25g·L-1H3BO3電解液中制備出直徑為75nm，線(xiàn)長(zhǎng)為2μm的錳氧化物納米線(xiàn)，在0～1V(vs.SCE)電位區(qū)間下的最大比容量為

4、6.005×10-3F·cm-2;利用還原法在0.01mo1·L-1KMnO4電解液中制備出直徑在80nm左右，長(zhǎng)度在15～20μm之間的錳氧化物納米線(xiàn)，在0～1V(vs.SCE)電位區(qū)間下的最大比容量為19.975×10-3F·cm-2。
　　 用兩步陽(yáng)極氧化法制備的多孔氧化鋁(AAO)模板沉積出的納米材料尺寸均一、排列有序。AAO膜的結(jié)構(gòu)（孔徑、有序度等）直接影響納米材料的尺寸及排列。多孔膜生長(zhǎng)方式與陽(yáng)極氧化電壓之間的對(duì)應(yīng)關(guān)

5、系對(duì)控制氧化鋁膜的結(jié)構(gòu)十分重要。我們?cè)诓菟?水-乙醇體系，研究了不同氧化電壓下的AAO膜二次生長(zhǎng)過(guò)程。在40V二次氧化電壓下，AAO膜的有序度和孔徑隨反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)而降低；80V下，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間反應(yīng)，AAO膜表面腐蝕嚴(yán)重，難以獲得平整的多孔結(jié)構(gòu)。預(yù)氧化過(guò)程所形成的薄氧化層有效保護(hù)了AAO表面，同時(shí)對(duì)多孔結(jié)構(gòu)具有短距離誘導(dǎo)作用。改變氧化電壓、電解質(zhì)濃度和反應(yīng)時(shí)間，有序孔排列的結(jié)構(gòu)參數(shù)也有所改變。高電場(chǎng)下，孔道的相互作用促進(jìn)了其生長(zhǎng)分化，形成了