ZnMn2O4微-納米結構的制備及其特性研究.pdf

1、近年來，錳基過渡金屬氧化物由于在許多方面如鋰離子電池、電容器、傳感器等方面有著優(yōu)異的性能，已經(jīng)吸引了科學家們強烈的研究興趣。其中ZnMn2O4由于其環(huán)境友好、來源廣泛、價格低廉等優(yōu)點得到了廣泛的應用。目前，各種結構的 ZnMn2O4納米材料的已經(jīng)制備出來，如納米球、納米花、納米棒、納米管等。在錳酸鋅的性能研究中，電極材料的構成、結構和形貌對 ZnMn2O4的電化學性能有很大的影響。因此，改善結構、簡化方法、提高性能是一項比較有意義的研究

2、工作。
　　制備不同形貌的 ZnMn2O4納米結構及它在催化領域和電化學領域的研究已經(jīng)有許多報導，然而Mg/Cd元素摻雜ZnMn2O4納米結構、ZnMn2O4納米復合結構及它的發(fā)光特性很少被提及。目前，ZnMn2O4的制備技術已經(jīng)非常成熟，如靜電紡絲法、尿素燃燒法、溶膠-凝膠法、模板法、水熱法等。然而如何制備高性能及形貌可控的 ZnMn2O4一維納米材料仍然是亟待解決的關鍵問題。ZnMn2O4是一種三元復合過渡金屬氧化物，具有典型

3、的尖晶石結構，在反應過程中很容易存在多種二元氧化物。如何通過控制Mg（Cd）含量的有效摻雜，提高ZnMn2O4的性能也是一個尚待解決的問題。
　　本論文采用水熱法，在不同的反應條件下制備了 ZnMn2O4納米結構，然后選取最優(yōu)的反應條件制備 ZnMn2O4多孔微米球結構，并系統(tǒng)的測試了它的電化學性能；進而選取最優(yōu)條件下的樣品進行Mg和Cd的摻雜；使用水熱法和化學氣相沉積法制備Mg摻雜的ZnO納米結構，選取最優(yōu)的樣品對ZnMn2O4

4、進行復合，研究了復合對材料樣品性能的影響，并系統(tǒng)的分析了測試結果（如下所示）。
　　(1)采用水熱法制備了不同生長條件下的ZnMn2O4微/納米結構，分析了不同的生長溫度和時間對樣品的結構、形貌和性能的影響。對生長溫度為200℃時的純的ZnMn2O4樣品進行XRD、SEM的對比，結果顯示開始的時候隨著生長時間的增加，樣品的結晶性和形貌變的越來越好，當反應時間從24h到32h的時候，樣品的結晶性和形貌又會變差，光降解亞甲基藍溶液的圖

5、譜顯示在24h條件下制備的樣品有著較好的催化效果，這與樣品的晶粒大小和比表面積有關。同時對不同反應溫度，生長時間為6 h時的純的ZnMn2O4樣品進行了相關測試，并選取最優(yōu)條件制備不同基片上的樣品后進行了電化學性能的有關測試，實驗結果顯示反應溫度140℃，生長時間6 h是制備ZnMn2O4樣品的最優(yōu)條件，樣品的結晶性和形貌在相同的時間，不同的反應溫度條件下隨著反應溫度的升高而變差，泡沫鎳基片上的樣品有著良好的循環(huán)性和很好的頻率響應特性。

6、
　　(2)采用溶劑熱法制備了ZnMn2O4微米球結構，首先制備了ZnMn2O4粉末，然后制備不同基片上的樣品，分別對粉末和基片上的樣品進行基本表征和電化學性能的研究。實驗結果表明 ZnMn2O4為多孔微米球結構，有著良好的結晶性和較高的純凈度；電化學測試結果表明不同的基片對 ZnMn2O4材料的電化學性能影響特別大，其中泡沫鎳基片上的樣品的電化學性能最好，有著較高的比電容(128 Fg-1)和極小的內(nèi)阻。
　　(3)研究了

7、Mg摻雜、Cd摻雜對ZnMn2O4樣品的結構、形貌和性能的影響。結果表明：摻雜Mg元素之后，ZnMn2O4樣品仍然為典型的尖晶石結構，形貌變成了絮狀結構，但是樣品的衍射峰變強、變窄，這說明樣品的結晶性變好，而且樣品的尺寸變??；光致發(fā)光圖譜顯示樣品在可見光范圍內(nèi)只有一個綠光發(fā)光峰，這是因為Mg離子的摻雜使得樣品的內(nèi)部產(chǎn)生了更多的氧空位，位于氧空位上的電子發(fā)生躍遷的時候發(fā)出綠光發(fā)射峰。對Cd摻雜ZnMn2O4樣品進行系統(tǒng)的測試結果表明，Zn

8、Mn2O4樣品的形貌為表面光滑的微米球結構，Cd原子以嵌入的方式嵌入到晶格中，樣品的純度很高并且有著較高的比電容(364 Fg-1)，比電容的增加與離子的插層和嵌入層有關，Cd的摻雜使得樣品的膨脹率增加，從而導致工作電極的尺寸變化。
　　(4)采用水熱法和CVD法分別制備不同Mg摻雜含量的ZnO納米結構，為了提高樣品的光催化性能，我們選取最優(yōu)的樣品進行ZnMn2O4/Mg-doped ZnO復合結構的制備，對復合結構的樣品進行SE