錳氧化物的水熱合成及其電化學(xué)性能的研究.pdf

1、由于化石燃料的過度開采和消耗所造成的一系列環(huán)境問題引起了專家學(xué)者們的廣泛關(guān)注，為此，人們迫切需要一種新型的綠色能源儲能裝置來滿足人們?nèi)粘Ｉ钜约肮I(yè)生產(chǎn)的需求。超級電容器，又被人們稱為電化學(xué)電容器，因其具有較高的功率密度，綠色環(huán)保，可以快速可逆的充放電且循環(huán)壽命長等優(yōu)點，被研究人員們認(rèn)為是一種發(fā)展?jié)摿薮蟮男滦途G色儲能設(shè)備。對于超級電容器而言，電極材料的優(yōu)劣往往會很大程度上影響超級電容器整體性能的好壞以及其商業(yè)應(yīng)用。傳統(tǒng)的超級電容器電極

2、材料大致可分為三大類，即碳材料，導(dǎo)電高分子材料以及過渡金屬氧化物材料。相比于傳統(tǒng)的碳材料和高分子材料，過渡金屬氧化物能量密度較大，氧化價態(tài)多變，成本低廉并且穩(wěn)定性好因而被認(rèn)為是最理想的電極材料之一。采用水熱法制備出不同形貌結(jié)構(gòu)的納米錳氧化物，并通過場發(fā)射掃描電鏡（FESEM），高分辨透射電鏡（HRSEM）以及X射線衍射儀（XRD）分別對樣品的形貌和結(jié)構(gòu)進行分析，并研究其在超級電容器上的實際運用以及電化學(xué)行為特征。
　　本研究主要內(nèi)

3、容包括：⑴利用簡易的水熱法成功制備出了具有不同形貌的三維二氧化錳納米海膽球和納米花。通過實驗結(jié)果分析：（1）隨著反應(yīng)溫度的升高，二氧化錳海膽球的形貌特征出現(xiàn)了明顯的變化。在電化學(xué)性能測試過程中，反應(yīng)溫度為110oC條件下獲得的二氧化錳海膽球具有最佳的電化學(xué)性能，其比電容在1Ag-1的電流密度下可達151.5 F g?1，并且經(jīng)過1000次的循環(huán)充放電后仍有較高的電容保持率（93.4％），這主要與其表面有序排列的棒狀結(jié)構(gòu)有關(guān)。（2）隨著反

4、應(yīng)物濃度的變化，所制備的二氧化錳納米花的片層厚度也隨之改變。其中，在高高錳酸鉀濃度條件下得到的樣品電化學(xué)性能較為優(yōu)異，這很大程度上是由于這種多層分支狀結(jié)構(gòu)提供了較大的比表面積和充足的反應(yīng)活性位點來確保電解質(zhì)能和樣品充分接觸。電化學(xué)測試表明，高高錳酸鉀濃度下制備的納米花在1 A g-1的條件下比電容為197.3 F g?1，明顯高于低高錳酸鉀濃度下得到的樣品（160.4 F g?1），并且前者比后者具有更好的循環(huán)穩(wěn)定性以及較小的法拉第阻抗

5、。以上結(jié)果表明三維二氧化錳納米材料展現(xiàn)出良好的電化學(xué)性能和廣闊的應(yīng)用前景。⑵采用NiCl2·6H2O和CrCl3·6H2O作為反應(yīng)源通過水熱法合成出金屬鎳離子和鉻離子摻雜的二氧化錳納米結(jié)構(gòu)。在金屬離子的作用下，所制備樣品的法拉第阻抗顯著降低，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性明顯加強，因而表現(xiàn)出良好的電化學(xué)性能。其中鎳摻雜的二氧化錳樣品在1 A g-1的條件下比電容為153.6 F g?1，并且1000次循環(huán)后其比電容為初始電容值的103%，表現(xiàn)出十分突出的循

6、環(huán)穩(wěn)定性能。而鉻摻雜的二氧化錳樣品具有較高的比電容值（1 A g-1的條件下比電容為202.5 F g?1），1000次循環(huán)前后僅有6.8%的損耗。故這種金屬離子摻雜的電極材料具有極佳的應(yīng)用價值。⑶以CuCl2·2H2O作為金屬離子源，與KMnO4水熱合成出銅離子摻雜的多孔二氧化錳納米球結(jié)構(gòu)。經(jīng)過BET比表面積測試，該樣品的比表面積為30.18 m2 g-1，具有典型的中孔和介孔并存的孔結(jié)構(gòu)。此外，以銅離子摻雜的二氧化錳多孔球為基礎(chǔ)，采