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锰氧化物多孔材料的制备与电化学性能表征

作　者: 刘瑞瑞
导　师: 岳林海
学　校: 浙江大学
专　业: 物理化学
关键词: 多孔锰氧化物掺杂电化学性能纳米纤维结构溶剂效应
分类号: TQ137.12
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

过渡金属的特征d电子和多种价态使其氧化物存在多样性,从而具有独特电磁、光电、催化性能,在信息存储、能量存储和工业催化等领域都具有广阔的应用前景。多孔锰氧化物结合了过渡金属氧化物和纳米材料的特征：一、有MnO2、 Mn2O3、Mn3O4等多种物相。二、具有独特的形貌和尺寸特征,拥有一系列新颖的化学特性。目前,锰氧化物是替代贵金属氧化物Ru02的最佳电极材料之一。本论文设计了一条三步反应路径制备出具有MnO2纳米纤维组装而成的多级结构体。第一步采用溶液反应过程,以水热法和沉淀法制备草酸锰前驱体；第二步采用固相反应过程,经热分解得到Mn2O3;第三步采用独特的溶液中的固相转变过程,得到MnO2纳米纤维,该纳米纤维相互绕结形成稳定的多级结构和孔道结构。反应过程中,前驱体的形貌经多步反应而被完整保留,为多级结构提供了框架结构。论文研究了前驱物形成过程的各影响因素,如溶剂体系、金属离子掺杂等,并对反应各步得到的锰氧化物进行了电化学性能研究。采用XRD、SEM、TG-DTA和EDS等测试手段进行材料的物相、组成、形貌表征与分析。在三电极测试系统中,对得到的锰氧化物进行循环伏安和恒电流充放电测试。研究表明,溶剂体系的改变以及阳离子的加入可以改变前驱体的形貌以及结晶性质,从而影响氧化物的宏观框架结构形状,而对次级结构的纳米纤维并没有明显的影响；金属阳离子在Mn02晶体中存在掺杂极限；水-乙醇混合溶剂中得到的Mn203比容量高于纯水体系；Co离子和Ni离子的掺入,提高了Mn02的首次循环比容量,并改善了循环性能；通过控制溶剂体系和金属离子掺杂可实现对Mn02电化学性能的改善。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-5
目录  5-8
第一章绪论  8-34
  1.1 多孔过渡金属氧化物材料  10-18
    1.1.1 多孔过渡金属氧化物的发展  10-11
    1.1.2 多孔过渡金属氧化物材料的的制备  11-17
      1.1.2.1 硬模板法  12-14
      1.1.2.2 软模板法  14-15
      1.1.2.3 溶胶凝胶法  15-16
      1.1.2.4 其它合成方法  16-17
    1.1.3 多孔过渡金属氧化物的应用  17-18
      1.1.3.1 催化剂  17
      1.1.3.2 电极材料  17-18
      1.1.3.3 其他方向上的应用  18
  1.2 超级电容器  18-24
    1.2.1 超级电容器的研究现状  18-19
    1.2.2 超级电容器分类  19-21
    1.2.3 超级电容器电极材料  21-23
    1.2.4 电化学电容器的应用前景  23-24
  1.3 本课题的研究出发点和主要内容  24-27
    1.3.1 课题的提出和研究意义  24-25
    1.3.2 本论文的主要工作  25-27
  参考文献  27-34
第二章不同溶剂体系中Mn2O_3的制备及其电化学性能研究  34-46
  2.1 引言  34-35
  2.2 实验部分  35-36
    2.2.1 样品的制备  35
    2.2.2 产物结构表征  35
    2.2.3 电化学性能表征  35-36
  2.3 结果与讨论  36-42
    2.3.1 二水合草酸锰前驱体及锰氧化物物相表征  36-38
    2.3.2 草酸锰前驱体的红外光谱分析  38
    2.3.3 前驱体的热分解性质表征  38-39
    2.3.4 不同溶剂体系中产物的形貌分析  39-41
    2.3.5 三氧化二锰的电化学性能表征  41-42
  2.4 本章小结  42-43
  参考文献  43-46
第三章钴掺杂纳米纤维织构二氧化锰的制备和电化学性能表征  46-61
  3.1 引言  46-47
  3.2 实验部分  47-48
    3.2.1 样品制备  47
    3.2.2 产物结构表征  47
    3.2.3 电化学性能测试  47-48
  3.3 结果讨论  48-58
    3.3.1 掺钴草酸锰前驱体的XRD分析  48-49
    3.3.2 掺钴草酸锰前驱体TG-DTA分析  49-50
    3.3.3 煅烧产物和氧化产物的XRD分析  50-52
    3.3.4 各个反应阶段产物的形貌表征和EDS分析  52-54
    3.3.5 钴掺杂二氧化锰的电化学性能表征  54-58
  3.4 本章小结  58-59
  参考文献  59-61
第四章镍掺杂纳米纤维织构二氧化锰的制备和电化学性能表征  61-73
  4.1 引言  61-62
  4.2 实验部分  62-63
    4.2.1 样品制备  62
    4.2.2 产物结构表征  62
    4.2.3 电化学性能测试  62-63
  4.3 结果讨论  63-70
    4.3.1 掺镍草酸锰前驱体及其氧化物XRD分析  63-66
    4.3.2 掺镍草酸锰前驱体的TG-DTA分析  66-67
    4.3.3 掺镍草酸锰前驱体的形貌表征  67
    4.3.4 煅烧产物和氧化产物的SEM表征分析  67-69
    4.3.5 镍掺杂二氧化锰的电化学性能表征  69-70
  4.4 本章小结  70-71
  参考文献  71-73
论文总结  73-75
附录作者在硕士学习期间所取得的科研成果  75-77
致谢  77-79

锰氧化物多孔材料的制备与电化学性能表征

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