二氧化锰复合材料的制备及超电容性能的研究

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1、上海交通大学硕士学位论文二氧化锰复合材料的制备及超电容性能的研究硕士研究生：唐川林学号：1121109003导师：陈接胜教授副导师：王开学研究员申请学位：理学硕士学科：化学所在单位：化学化工学院答辩日期：2015年1月授予学位单位：上海交通大学ADissertationSubmittedtoShanghaiJiaoTongUniversityfortheDegreeofMasterThePreparationandSupercapacitivePropertiesofMnO2CompositesCandidate：Chuan-

2、LinTangStudentID:1121109003Supervisor：Prof.Jie-ShengChenAssistantSupervisor:Prof.Kai-XueWangAcademicDegreeAppliedfor：MasterofScienceSpeciality：ChemistrySchoolofChemistryandChemicalAffiliation：EngineeringDateofDefence：Jan,2015Degree-Conferring-Institution：ShanghaiJia

3、oTongUniversity学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文《二氧化儘复合材料的制备及超电容性能的研究》，是本人在导师的指导下，独立进行研究王作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰过的作品成果。对本文的研究做出重要贡，写献的个人和集体，均已在文中Ｗ明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：如／夕年３月／日学位论文版权使用授权书、本学位论文作者完全了解学校有关保留使用学位论文的规定，

4、同意学校保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可［＾将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。。保密□，在＿年解密后适用本授权书本学位论文属于不保密Ｄ。＂＂（请在上方框内打Ｖ）学位论文作者签名；指导教师签名：５若令月／Ｉ曰期＞年月＇曰曰期；曰上海交通大学硕士学位论文二氧化锰复合材料的制备及超电容性能的研究摘要超级电容器具有寿命长、功率密度高等优点，被认为是最具有潜力

5、的储能设备之一。超级电容器根据储能机理可以分为两类，即双电层超级电容器和赝电容超级电容器。目前，作为赝电容超级电容器电极材料的过渡金属氧化物是研究的重点，其中研究较早的有RuO2、Co3O4、VOx等材料，但是由于价格昂贵、毒性较大，这些材料难以大-1规模推广。二氧化锰具有比容量高（理论容量达到1100～1300Fg）、价格低廉、毒性低、储藏丰富以及环境友好等优点是近期超级电容器电极材料研究的热点。本文立足于二氧化锰材料，对材料的形貌和电化学性能进行了研究。同时，制备了二氧化锰复合材料，以期获得性能更好的材料。主要的内容有：（

6、1）通过一步光驱动合成法高效的制备了一系列MnO2材料，并探究了不同光照时间对材料的形貌和电化学性能的影响。通过控制光照时间的不同，样品的形貌得到控制。合成开始的时候，样品开始慢慢由小片簇集而成，形成表面带刺状的疏松实心小球。到了10分钟的时候，纳米片继续堆积在小球的表面，而内部则逐渐收缩。直到20分钟左右，核与壳分离开来，形成蛋黄-壳状结构。然后核开始慢慢的变小，直至消失，最终在40分钟左右的时候形成空心结构。光驱动合成法制备的材料均具有较大的比表面积，疏松的结构也更加利于离子的-1传输，保证了材料较大的比电容和循环稳定性。

7、在1.0mVs的低扫描速度下，在光照时间分别为5、10、20和40分钟时材料的比电容分别-1为200、158、155和173Fg。在1000次恒电流充放电循环后，5、10、20和40分钟时材料的效率分别为85%、89%、98%和87%。从循环寿命和倍率性能上面来看，20分钟是最合适的反应时间。I上海交通大学硕士学位论文（2）选取20分钟作为实验的光照时间，使用光驱动合成法制备了钴掺杂的MnO2材料，通过改变Co离子的加入量获得了不同钴掺杂量的样品。X射线衍射分析表明，随着钴掺杂量的增加，峰位有较明显的往低角度移动的趋势。证明了

8、Co掺杂到MnO2材料的晶格之中了。在未掺杂钴的MnO2的高分辨率透射电镜图像中，约0.24nm的晶格条纹间距可以很好地与斜方锰矿型MnO2的（210）晶面间距匹配，在钴掺杂后，（210）晶面的晶格条纹间距开始变宽增加至0.26nm，这与X射线衍射分析的结果吻合。钴掺杂后的材