mno_2基納米材料用于超級(jí)電容器電極材料的研究

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1、，感矣ＭＴＩＡＮＪＩＮＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ相第—所現(xiàn)代大學(xué)ＦＯＵＮＤＥＤＩＮ１８９５呂ｓｍ．Ｖ；碩±學(xué)位論文學(xué)科專業(yè)：化學(xué)工藝＿一張曉媛；ＢＢ作者姓名指導(dǎo)教師；陳明鳴副教授ｊＭＨＢ遽天津大學(xué)研究生院ＪＰ＜ｔＭＨＥ２０１日年６月ｍｐＦ■一？’MnO2基納米材料用于超級(jí)電容器電極材料的研究MnO2-basednano-materialsforsupercapacitors學(xué)科專業(yè)：化學(xué)工藝研究生：張曉媛指導(dǎo)教師：陳明鳴副教授天津大學(xué)化工學(xué)院二零一五年六月獨(dú)創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)

2、師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作和取得的，除了文中特別加Ｗ標(biāo)注和致謝之處外研究成果，論文中不包含其他人己經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的研巧成果，也不包含為獲得天津大學(xué)或其化教育機(jī)構(gòu)的挙位或證書(shū)而使用過(guò)的材料一。與我同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。學(xué)位論文作者簽名沸歲逼簽字日期；令古年巧攻日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū)本學(xué)位論文作者完今了解天津大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定。特授權(quán)天津大學(xué)可Ｗ將學(xué)位論義的含部或部分內(nèi)巧編入有關(guān)教據(jù)產(chǎn)講斤粉索，并采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編Ｗ供查閱和借閱。同意學(xué)校向國(guó)家有關(guān)部口或機(jī)構(gòu)送交論文

3、的復(fù)印件和磁盤(pán)。＾（保密的學(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)說(shuō)明）學(xué)位論文作者簽名：雖化線導(dǎo)師簽名；Ａ稱明己簽字日期：年立月寺日簽字日期：＞位年月：Ｕ９摘要本文主要從化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)兩個(gè)方面對(duì)MnO2電極材料進(jìn)行修飾研究。在化學(xué)組成方面，分別選用了一種兩親性炭材料（CP-A5）和高導(dǎo)電的導(dǎo)電炭黑（科琴黑KB）為炭質(zhì)基體，合成了納米層面上的中空復(fù)合材料MnO2/CP-A5和自身具備高導(dǎo)電性的MnO2/KB的電極材料；在結(jié)構(gòu)修飾方面，構(gòu)建了單殼層中空MnO2微方結(jié)構(gòu)和雙殼層中空MnO2微球結(jié)構(gòu)。CP-A5促使前驅(qū)體MnCO3的形貌由微方變成了微球，尺寸由450nm縮減為300

4、nm，基本構(gòu)筑單元由二維納米片變成了納米碎片。最終產(chǎn)物MnO2中空微方和MnO2/CP-A5中空微球很好地保持了它們各自前驅(qū)體的形貌，并且繼承了它們各自的構(gòu)筑單元。電化學(xué)數(shù)據(jù)表明，和MnO2中空微方相比較，MnO2/CP-A5中空微球不僅表現(xiàn)出更高的比容量和更小的電阻（包括電極的固有電阻、法拉第反應(yīng)阻抗和離子擴(kuò)散-轉(zhuǎn)移阻抗），而且還表現(xiàn)出更好的電化學(xué)循環(huán)穩(wěn)定性。這主要?dú)w功于MnO2/CP-A5具有更小的顆粒尺寸、誘導(dǎo)的球形形貌以及被修飾的電極/電解液界面。利用自模板法，對(duì)前驅(qū)體MnCO3進(jìn)行了兩次的氧化-酸溶解循環(huán)處理，制備了雙殼層中空MnO2微球。X射線衍射技術(shù)（XRD）、紅外光譜（

5、FTIR）、場(chǎng)掃描電鏡（FESEM）和投射電鏡（TEM）共同記錄了在整個(gè)合成過(guò)程中樣品在組成和結(jié)構(gòu)方面的演變。雙殼層中空MnO2微球表現(xiàn)出出色的倍率性能，當(dāng)電流密度由0.2Ag-1增大25倍到5Ag-1時(shí)，其容量保持率為86.2%。利用KMnO4和C之間的氧化還原反應(yīng)，將MnO2納米結(jié)構(gòu)均勻直接地沉積到高導(dǎo)電的KB基體上。通過(guò)控制復(fù)合物中MnO2的含量，可以實(shí)現(xiàn)電極中導(dǎo)電劑的零添加。當(dāng)MnO?12的含量為37%時(shí)，KB-MnO2-37的比容量為252Fg。以KB-MnO2-37為正極材料，KB和磺化瀝青活性炭SPs-70-2分別為負(fù)極材料，組裝KB//KB-MnO2-37和SPs-70

6、-2//KB-MnO2-37非對(duì)稱水系電容器。其中，KB//KB-MnO-12-37非對(duì)稱電容器表現(xiàn)出良好的倍率性能，在10Ag的電流密度下，它的能量密度和功率密度分別為10.1Whkg-1和8.5kWkg-1。而SPs-70-2//KB-MnO-12-37非對(duì)稱電容器達(dá)到了較高的能量密度，在150Wkg的功率密度下，其能量密度為31.1Whkg-1。關(guān)鍵詞：超級(jí)電容器中空二氧化錳炭材料納米材料復(fù)合物ABSTRACTThepapermainlyrelatestoanimprovementofMnO2aselectrochemicalmaterialsforsupercapacitors

7、,includingitschemicalcomposeandstructure.Foritschemicalcompose,anamphiphiliccarbonaceousmaterial(calledCP-A5)andthehighlyconductiveKetjenBlack(KB)wereselectedascarboneousmatrixes.AhollowMnO2/CP-A5hybridonthenano-scaleandMnO2