纳米铱—锰金属氧化物电极的制备及其电化学性能研究

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本文采用热分解法和阳极电沉积法分别制备了纳米Ti/IrO2+MnO2析氧电极和纳米Ti/IrO2/MnO2超级电容器薄膜电极。通过X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FESEM)、循环伏安(CV)、交流阻抗谱(EIS)、恒流充放电(GV)等手段分别研究了钛基体刻蚀时间、铱和锰总离子浓度、铱-锰离子配比和热氧化分解温度四个因素对纳米Ti/IrO2+MnO2析氧电极的结构和电催化性能的影响以及IrO2中间层、掺杂Mo、Fe元素和电沉积时间三个因素对纳米Ti/IrO2/MnO2电极的结构和电化学性能的影响。研究表明,热氧化分解温度对纳米Ti/IrO2+MnO2电极析氧电催化活性影响最大、其次为钛基体刻蚀时间、次之为铱-锰离子比例、铱锰总离子浓度影响最小。纳米Ti/IrO2+MnO2电极具有最高析氧电催化活性的制备工艺为:热氧化分解温度400℃、钛基体刻蚀时间45min、铱-锰离子比例6:4、铱和锰总离子浓度0.3mol·L-1。随着纳米IrO2析出物尺寸的减小,纳米Ti/IrO2+MnO2析氧电极的析氧电催化活性增大。随着电沉积时间的增加,MnO2单位面积担载量逐渐增加,纳米Ti/IrO2/MnO2电极的比电容下降。电沉积时间从10s(担载量为0.001mg·cm-2)增加到180min(担载量为1.217mg·cm-2)时,纳米Ti/IrO2/MnO2电极比电容从1391.50F·g-1(与MnO2理论比电容接近)下降为246.20F·g-1。恒流充放电电流密度从0.2mA·cm-2(放电倍率约为20C)增加到20mA·cm-2(放电倍率约为3500C)时,电极的比电容由573.47F·g-1下降为379.18F·g-1,比电容仅衰减33.9%。循环伏安扫描速率从5mV·s-1增加到100mV·s-1时,电极的比电容由547.50F·g-1下降为457.42F·g-1,比电容仅衰减16.5%。纳米Ti/IrO2/MnO2电极在1mA·cm-2的放电电流下,经历1000个循环后,比电容仅衰减4.9%,电极具有优异的稳定性。
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