MnOx-TiO2复合薄膜的制备与性能研究

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1、分类号：TQ139.2密级：公开UDC：620.3编号：201431804032河北工业大学硕士学位论文MnOx-TiO2复合薄膜的制备与性能研究论文作者：李佳欣学生类别：全日制专业学位类别：工程硕士领域名称：材料工程指导教师：赵建玲职称：教授资助基金项目：河北省重点基础研究项目（No.17964401D），河北省杰出青年科学基金（No.E2013202032）。DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofMa

2、terialsEngineeringSTUDYONPREPARATIONANDPROPERTIESOFMnOx-TiO2COMPOSITEFILMSbyLiJiaxinSupervisor:Prof.ZhaoJianlingMay2017ThisworkissupportedbyKeyBasicResearchProgramofHebeiProvinceofChina(No.17964401D)andNaturalScienceFoundationofHebeiProvinceofChina(No.E20

3、13202032).摘要本文通过一步氧化还原沉淀法成功制得MnO2-TiO2纳米管阵列复合薄膜，分别用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、X射线光电子能谱仪（XPS）以及电化学工作站等仪器对样品的形貌、结构、元素价态和电容性能进行了表征和测试，并研究了不同制备条件对复合膜形貌和电化学性能的影响。随后探究了在MnO2-TiO2复合薄膜表面负载一层TiO2、在电解液中加入不同浓度MnSO4和KMnO4三种方法对复合薄膜循环稳定性的影响，并通过阳极氧化法制备了锰掺杂氧化钛纳米管阵列膜，探究了LiC

4、l、NaCl、KCl、NH4Cl不同电解液对锰掺杂氧化钛纳米管阵列膜和MnO2-TiO2复合薄膜电化学性能的影响。1.采用一步氧化还原沉淀法制备MnO2-TiO2纳米管阵列复合薄膜。通过改变制备条件，研究了高锰酸钾溶液温度、硫酸锰溶液浓度和煅烧温度等对复合薄膜形貌及电化学性能的影响。通过实验优化出MnO2-TiO2纳米管阵列复合薄膜的最佳制备条件，并探究了在最佳制备条件下MnO2-TiO2复合薄膜的充放电性能及循环性能，当电流密度为1.0µA/cm2时，复合薄膜的电容值达到31.11mF/cm2，循环10

5、00次后的电容保留值为85.31%。2．由于Mn2+具有水溶性，导致在充放电过程中MnO2-TiO2复合薄膜表面的MnO2流失，电容保留值降低。为了解决MnO2的流失问题、进一步提高MnO2-TiO2纳米管阵列复合薄膜的循环稳定性，我们通过在MnO2-TiO2复合薄膜的表面负载一层氧化钛和在Na2SO4电解液中掺入不同浓度的MnSO4和KMnO4的方法，使得MnO2-TiO2复合薄膜的循环性能得到不同程度的提高。3.通过阳极氧化法成功制备了锰掺杂氧化钛纳米管阵列膜，分别在LiCl、NaCl、KCl、NH4

6、Cl四种电解液中对锰掺杂氧化钛纳米管阵列膜和MnO2-TiO2纳米管阵列复合薄膜进行了循环伏安和恒流充放电测试。结果表明，锰掺杂氧化钛纳米管阵列膜的电化学性能主要受电解液中阳离子半径大小影响，在LiCl电解液中电容性能最好。MnO2-TiO2纳米管阵列复合薄膜的电化学性能主要受阳离子与锰氧负离子基团间的结合作用影响，在NaCl和KCl电解液中电容性能较好。关键词：超级电容MnO2-TiO2纳米管阵列阳极氧化一步氧化还原IABSTRACTInthisthesis,theMnO2-TiO2nanotubear

7、raycompositefilmswerepreparedbyaone-stepredox-precipitationmethod.Morphologies,crystalstructures,elementalvalencestates,andsupercapacitorperformancesofthesampleswerecharacterizedbyscanningelectronmicroscopy(SEM),X-raydiffraction(XRD),X-rayphotoelectronspe

8、ctroscopy(XPS),andelectrochemicalanalysis,andtheeffectsofpreparationconditionsonthemorphologiesandelectrochemicalpropertiesofcompositefilmswerestudied.ThentheinfluencesofthreemethodsfordepositingalayerofTiO2onthesur