氧化锰一维纳米材料的制备及其电化学性能研究

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过渡金属氧化物作为良好的准电容器材料成为目前研究热点,MnO2因其成本低廉、制备方法多样、电化学窗口宽、理论比电容比较大、环境友好等特性倍受研究者亲睐。本文以α-,β-,δ-,γ-MnO2和γ-MnOOH纳米材料为研究对象,利用XRD, SEM, TEM, CHI660, Autolab电化学工作站等现代测试手段,对上述纳米材料的结构和性能进行研究,主要的研究内容和结果如下:1.采用水热法,在硫酸锰和高锰酸钾反应体系中,通过控制工艺条件,分别制备出α,β,γ,δ四种晶型和不同形态的MnO2纳米材料,在一个反应体系中实现了MnO2纳米材料晶相和形态的控制生长。在碱性条件下,制备出了层状结构的δ相MnO2,其形貌呈片状;而在酸性条件下,易于形成2×2α相,1×1β相,2×1γ相隧道状结构的MnO2,通过改变反应温度、反应时间和添加剂PVP的含量,分别制备出了长度约为1μm、直径约为80 nm的α相纳米线;长度约为1μm,直径为100 nm的β相纳米线;纳米棒和纳米颗粒混合的γ-MnO2,并研究了不同水热条件下物相结构变化的机理。最后对140℃下水热10 h和18 h的a相纳米线进行了恒流充放电测试,其比容量分别为41.3 F/g和13.1 F/g。2.结合微乳液法和水热法,利用表面活性剂CTAB形成的软模板,以MnS04和KMnO4为原料制备出了γ-MnOOH纳米线团簇。γ-MnOOH直径约为30 nm,长度约为2-3μm,同时考察了水热反应前后、不同表面活性剂(SA和CTAB)对产物晶型、表面形貌的影响,并分析了γ-MnOOH纳米线团簇的形成机理;通过水热法,利用CTAB在水-乙醇体系中形成软模板,使用无定形MnO2制备出γ-MnOOH纳米线,其长度大于1μm,直径约200-600 nm。并研究了水热温度、水热时间、模板剂CTAB的含量、醇水比例对γ-MnOOH形貌的影响。对γ-MnOOH纳米线进行恒流充放电、循环伏安测试,其电极比容量为:25 F/g。
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