MnO2微納米結(jié)構(gòu)可控制備及其電化學性能研究.pdf

1、MnO2是一種具有很好前景的超級電容器電極材料，其微納米結(jié)構(gòu)的可控制備一直是近些年來研究的熱點。本文中采用以MnCO3為模板的模板法，制備出微米空心球、微米空心立方體、納米線和納米片結(jié)構(gòu)的 MnO2。通過 X-射線衍射儀（XRD）、掃描電子顯微鏡（SEM）、透射電子顯微（TEM）、X-射線光電子能譜分析（XPS）和 N2吸脫附等溫儀（BET）等測試方法對產(chǎn)物的形貌和結(jié)構(gòu)進行了表征。通過電化學工作站和藍電系統(tǒng)對材料的電化學性能進行了研究。

2、同時探索影響產(chǎn)物形貌、結(jié)構(gòu)和電化學性能的影響因素，并對其形成的機理進行了分析和研究。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴以Na2SO4、H2O和NaHCO3固體為原料，通過改變Na2SO4?H2O濃度的控制來實現(xiàn)MnCO3立方體到MnCO3球體的進化，再將所得的MnCO3立方體和MnCO3球體在低濃度的KMnO4溶液中以一定溫度反應(yīng)形成α-MnO2的外殼，隨后用低濃度的HCl將內(nèi)部殘留的MnCO3除去，最后實現(xiàn)了α-MnO2空心立方體到空

3、心球體的進化。α-MnO2空心立方體到空心球體的進化是基于 MnCO3模板的進化，由Na2SO4溶液的濃度來控制。研究表明，在電流密度為1 A g-1的情況下，α-MnO2空心球體的初始比電容為203 F g-1，高于α-MnO2空心立方體的初始比電容（152 F g-1）。在以2 A g-1的電流密度下充放電之后，α-MnO2空心立方體的比電容為初始比電容的93%，而且α-MnO2空心球體的比電容量也為可以達到初始電容量的80%。⑵以

4、Na2SO4、H2O和NaHCO3固體為原料來合成MnCO3球體模板，并在此原料的基礎(chǔ)上加入(NH4)2SO4固體來合成 MnCO3立方體模板。所合成的兩種類型MnCO3模板在K2S2O8溶液中，以一定的溫度反應(yīng)生成了γ-MnOOH納米線。所生成的γ-MnOOH納米線以兩種不同方式轉(zhuǎn)化為 MnO2納米線：一種是將所生成γ-MnOOH納米線在空氣中高溫煅燒為β-MnO2納米線；另一種是將所生成的γ-MnOOH納米線通過水熱的方式，在反應(yīng)釜

5、中被KMnO4溶液氧化為α-MnO2納米線。MnCO3球體模板和 MnCO3立方體模板是在原位轉(zhuǎn)化 MnOOH納米線。在1Ag-1的電流密度下，由MnCO3球體轉(zhuǎn)化而來的α-MnO2納米線的比電容為71.4 F g-1,高于其所轉(zhuǎn)化的β-MnO2納米線（37.5Fg-1）,而且由MnCO3立方體轉(zhuǎn)化而來的α-MnO2納米線的比電容為87.5 F g-1,也是高于其所轉(zhuǎn)化的β-MnO2納米線（38.7Fg-1）。通過對比兩種模板所生成的β

6、-和α-MnO2納米線的電化學性能，證明了α-MnO2的電容性能要高于β-MnO2的電容性能。⑶以KMnO4、C16H1206·H2O和C4H6O6為原料，在反應(yīng)釜中合成MnCO3橢圓體模板。所合成的 MnCO3橢圓體模板與 K2S2O8溶液在一定的溫度下生成反應(yīng)生成 MnO2納米片。研究表明，MnCO3橢圓體模板轉(zhuǎn)化為 MnO2納米片的方式為層層氧化剝離的方式，是一種制備MnO2納米片的有效方法。在1Ag-1的電流密度下，MnO2納米