錳氧化物的制備、表征及電化學(xué)應(yīng)用研究.pdf

1、開發(fā)高性能的空氣電極催化劑可提高電化學(xué)性能并降低電池成本，具有重要的研究價值。本論文主要從合成高比表面積的超細(xì)納米粒子以及特殊晶面暴露納米材料的可控合成著手以提高錳氧化物的電催化活性。采用改進(jìn)的共沉淀法與水熱法制備錳氧化物催化劑，同時，為進(jìn)一步拓展所制備Mn3O4八面體的應(yīng)用領(lǐng)域，以其為前驅(qū)體合成了LiMn2O4鋰離子電池正極材料。論文主要研究結(jié)果如下:
　　首次將MnOx/CeO2固溶體用于電催化反應(yīng)，采用改進(jìn)的共沉淀法制備了系

2、列MnOx/CeO2固溶體超細(xì)納米粒子，研究了Mn/Ce配比、煅燒溫度對電催化活性的影響。研究發(fā)現(xiàn)將MnO2與CeO2形成固溶體后作為氧還原催化劑，使得O2在催化活性位點（即Mn4+所處位置）的移動性得到顯著提高，導(dǎo)致更多吸附到空缺位的氧分子被活化，促進(jìn)了大電流下氧還原過程的進(jìn)行。另外Mn4+進(jìn)入CeO2晶格能抑制CeO2晶體的生長，從而得到高比表面積的MnOx/CeO2固溶體，顯著增加了氧還原活性位點，進(jìn)一步促進(jìn)了大電流放電下對O2催

3、化能力。
　　以KMnO4為原材料，N，N-二甲基甲酰胺(DMF)作還原劑和結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑，不使用任何表面活性劑或模板劑，采用水熱法合成了形貌規(guī)則，尺寸均一的Mn3O4八面體，研究了不同DMF加入量及水熱溫度對所得產(chǎn)物形貌的影響。研究發(fā)現(xiàn)在該水熱體系中，決定Mn3O4形貌的主要因素為溶劑組成和水熱溫度，通過采用Time-dependent形貌演化的研究方法發(fā)現(xiàn)八面體Mn3O4的形成是伴隨著自組裝機制和Ostwald成熟機制的晶體生長過

4、程。電化學(xué)測量結(jié)果發(fā)現(xiàn)具有截頂八面體形貌的Mn3O4具有最優(yōu)的電催化性能。結(jié)合物相表征結(jié)果可推斷具有高能級晶面暴露可能導(dǎo)致截項八面體Mn3O4上O2越容易得到電子被還原，從而具有比普通Mn3O4納米粒子更高催化活性。
　　以Mn3O4八面體為前驅(qū)體，通過固相鋰化反應(yīng)合成了LiMn2O4八面體作為鋰離子電池正極材料，與采用溶膠凝膠法合成的普通納米粒子進(jìn)行了性能對比研究。研究發(fā)現(xiàn)采用化學(xué)鋰化氧化物前驅(qū)體的方法可以很好控制目標(biāo)材料的八面