二氧化锰含量对活性炭电极电化学性能的影响

本文采用液相法、热分解MnCO₃法以及电解沉积法制备不同二氧化锰粉末,并将其与活性炭复合,应用于水系超级电容器. 使用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）技术对材料形貌进行表征. 使用循环伏安法以及恒流充放电法对其电化学性能进行测试. 实验数据表明,α-MnO₂（质量分数70%）掺杂活性炭电极的最大比容量为151 F•g^-1,β-MnO₂（质量分数60%）掺杂活性炭电极的最大比容量为172F•g^-1,γ-MnO₂（质量分数50%）掺杂活性炭电极的最大比容量为141F•g^-1,但二氧化锰粉末对电极内阻的影响呈无规律性.     

不同晶体结构MnO2纳米催化剂低温NH3-SCR性能研究

为了探究催化剂的结构和催化活性的关系,采用水热法制备了四种不同晶体结构的MnO₂纳米催化剂（α-MnO₂、β-MnO₂、γ-MnO₂和δ-MnO₂）,并考察了其低温NH₃-SCR活性。结果表明,不同晶体结构催化剂的活性不同,依次为γ-MnO₂ > α-MnO₂ > β-MnO₂ > δ-MnO₂,γ-MnO₂表现出最高的催化活性,NO_x转化率在150-260℃超过90%。随后,通过X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、N₂吸附-脱附、热重（TG）、红外光谱（FT-IR）、程序升温还原（H₂-TPR）及吡啶吸附红外光谱（Py-FTIR）等表征手段对催化剂的结构和性质进行分析。结果表明,α-MnO₂和β-MnO₂为纳米棒,γ-MnO₂和δ-MnO₂为纳米针,催化剂的比表面积并不是影响低温NH₃-SCR活性的主导因素。γ-MnO₂具有适宜的孔道结构、较强的氧化还原能力、丰富的化学氧含量和Lewis酸酸性位点,是其具有最高低温NH₃-SCR活性的原因。     

不同晶相结构二氧化锰催化完全氧化乙醇

采用水热合成法制备了α-MnO₂、β-MnO₂、γ-MnO₂和δ-MnO₂催化剂, 运用N₂吸脱附实验、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和H₂程序升温还原(H₂-TPR)等方法对催化剂进行了表征, 并将催化剂用于催化完全氧化乙醇反应中, 考察了不同晶型MnO₂催化剂催化氧化乙醇活性的差异, 探讨了催化剂晶型结构与催化氧化活性的关联. 结果表明, 不同晶型的MnO₂催化剂催化氧化乙醇活性差异显著, 活性顺序为α-MnO₂>δ-MnO₂>γ-MnO₂>β-MnO₂. 系列表征结果显示, 晶体结晶度和比表面积不是影响不同晶型MnO₂催化剂活性的主要原因, α-MnO₂催化剂具有的较高晶格氧浓度和较高的可还原性是其具有良好催化氧化乙醇活性的关键因素.     

水热合成制备Al掺杂α-MnO2纳米管及其超级电容器电化学性能

通过水热法制备了未掺杂α-MnO₂和Al 掺杂α-MnO₂, 对产物的形貌、结构和电化学性能进行了研究. 扫描电镜(SEM)和高分辨透射电镜(HRTEM)观察表明制备产物呈纳米管形态. 紫外-可见光谱分析计算了产物的能带间隙: 随着Al 的掺杂, α-MnO₂的能带间隙值降低. 以未掺杂α-MnO₂与Al 掺杂α-MnO₂作为电极材料, 通过循环伏安(CV)和恒流充放电测试电极的超级电容器性能. 在50 mA·g^-1电流密度下, 未掺杂α-MnO₂与Al 掺杂α-MnO₂电极的比电容分别达到了204.8 和228.8 F·g^-1. 电化学阻抗谱(EIS)分析表明Al 的掺杂降低了α-MnO₂在电解液中的阻抗, 有利于提高其电化学比电容. 增强的比电容及在1000个循环后仍具有良好的容量保持率,使Al 掺杂α-MnO₂在超级电容器中具有较好的应用前景.     

二氧化锰/石墨烯纸电极的制备及其电化学性能

通过电化学法使溶液中的Mn²⁺电解氧化为MnO₂,沉积复合在石墨烯片膜上,形成由MnO₂/石墨烯复合材料构成的纸电极。 采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)、循环伏安(CV)和恒流放电等技术手段对纸电极材料的结构、形貌以及电化学性能进行了研究。 结果表明,MnO₂球形颗粒均匀地沉积在石墨烯片膜上,形成了厚度45 μm的纸电极,经过380 ℃煅烧后,纸电极中的MnO₂晶型由γ-MnO₂转化为β/γ-MnO₂混合晶型,是良好的柔性Li/MnO₂电池的电极材料。 MnO₂/石墨烯纸电极在室温下0.1C放电容量达269 mA·h/g,而且电化学阻抗低、柔韧性好。     

ZrO2掺杂铌基二氧化铅电极制备及其甲基橙降解电催化性能

本文利用电沉积制得ZrO₂掺杂铌基二氧化铅电极,通过扫描电镜（SEM）和X射线衍射（XRD）观察表征了Nb/ZrO₂+PbO₂电极表面形貌特征及组成. 用线性伏安曲线、电化学交流阻抗和循环伏安曲线测试了Nb/ZrO₂+PbO₂电极电化学性能,及其甲基橙（MO）的降解电催化效果. 结果表明,ZrO₂掺杂使Nb/PbO₂电极表面更致密、粗糙,结晶尺寸更小,增大了电极比表面积,提高了电极电催化活性. Nb/ZrO₂+PbO₂电极活性层主要由β-PbO₂和少量的α-PbO₂以及部分ZrO₂共沉积而成. 有较高的析氧电位、吸附电容和较低的电荷转移电阻,其甲基橙（MO）降解电催化活性更佳,降解过程受扩散控制.     

镧掺杂的二氧化锰/碳纳米管电化学超级电容器复合电极

尽管在二氧化锰/多壁碳纳米管（MnO₂/MWCNTs）上获得了较高的比电容,低电导率仍是制约MnO₂担载量或膜厚度提高的主要障碍.另一个问题是MnO₂/MWCNTs的循环稳定性远低于活性炭.所以截止到目前这一新型材料的应用仍然受到很大的限制.本文采用原位还原的方法制备镧掺杂二氧化锰/多壁碳纳米管电化学超级电容器复合电极材料.分别通过透射电镜（TEM）、扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）和傅里叶变换红外（FTIR）光谱等技术对这些复合材料的形貌与结构进行了分析.采用循环伏安法、恒电流充放电法和交流阻抗法对其进行了电化学性能的研究.研究结果表明,通过还原MnO₄^-可以在MWCNTs上形成La掺杂MnO₂复合材料.La掺杂降低了复合电极的电阻,这是因为La的引入可以增大MnO₂的晶格缺陷,从而提高材料的电导率以及电极的电化学性能.因此La掺杂是克服MnO₂本征导电性差的有效途径之一.掺杂La可以在不增大电极电阻的情况下提高MnO₂的担载量或膜厚度.La掺杂的更重要的作用是使以MnO₂/MWCNTs作电极的对称电化学超级电容器的循环性能得到显著改善.此外,La掺杂也使复合电极的比电容得到一定程度的提高.     

石墨毡载纳米δ-MnO2高性能除铵净水材料研究

首先制备了α-MnO₂纳米花簇、β-MnO₂纳米针和δ-MnO₂微米颗粒三种不同晶型的MnO₂粉末材料，对其结构、形貌及吸附除铵能力进行了表征和测试.结果表明，层间距（7.2Å）大于NH₄⁺直径（2.96Å）和水合NH₄⁺直径（6.62Å）的δ-MnO₂相比其他两种晶型的MnO₂有更高的NH₄⁺吸附量；接着研究采用KMnO₄原位氧化还原法在石墨毡（GF）上直接生长超薄δ-MnO₂纳米片（MnO₂NPs）阵列构筑了石墨毡载纳米MnO₂（MnO₂NPs/GF）多级结构材料，制备简单，无须成型造粒就可直接用作除铵净水材料，研究结果表明，MnO₂NPs/GF不仅具有较高的吸附量（15 mg·g^－1）与良好的选择性，同时还展现了优异的快速吸附和稳定的循环使用性能.MnO₂NPs/GF对水中NH₄⁺的吸附符合准二级动力学模型，其吸附等温线符合Langmuir吸附等温式，是吸附-离子交换法除铵的理想材料.     

锂离子电池SnS2基负极材料

随着应用范围的逐渐扩大,锂离子电池对具有高比容量、长循环寿命以及优异倍率性能的新型正负极材料的需求日益迫切。SnS₂材料因具有独特的层状结构和高的理论比容量而被视作潜在的高比容量负极材料,但其也存在首次不可逆容量较大、导电率低、充放电过程中体积变化较大等问题。本文综述了SnS₂负极材料的研究历程以及最新研究进展,介绍了SnS₂负极材料的基本性质,具体论述了SnS₂电化学性能改进的相关措施,主要包括控制纳米SnS₂微观形貌、制备SnS₂/C及SnS₂/氧化物复合材料、掺杂、一体化电极以及优化粘结剂等。文章同时总结了水热（溶剂热）法各工艺参数（原料种类、浓度、比例、溶液pH值、水热温度及时间等）对制备SnS₂纳米材料及SnS₂/C复合材料形貌结构及电化学性能的影响,并对目前SnS₂材料仍然存在的问题进行了分析。研究表明,通过制备片状、花状等高比表面积的SnS₂纳米材料,可明显提升其循环性能;将石墨烯等碳材料与SnS₂复合,有助于提高材料的结构稳定性及导电性,进而改善电极的循环及倍率性能。经工艺优化后的SnS₂/graphene复合材料具有高的比容量（大于1000 mAh/g）、稳定的循环性能和优秀的倍率特性,是一种非常有研究价值的高比容量锂离子电池负极材料。     

Ag-TiO2-MnO2复合材料的制备与电化学性能研究

采用高温固相法制备了Ag-TiO₂共修饰的二氧化锰锂电池阴极材料,通过X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、傅立叶红外光谱仪（FT-IR）、X射线光电子能谱仪（XPS）、能量散射X射线能谱（EDS）、循环伏安测试（CV）、恒流放电测试、交流阻抗测试（EIS）等分别检测了所制备样品的物理-化学特性及相应的电化学性能特征.结果表明：空白二氧化锰与修饰后二氧化锰均为β 晶型,相比于未修饰样品,Ag-TiO₂-MnO₂ 样品的形貌得到了明显的改变.修饰后样品大倍率的放电比容量显著提升,1C 下的容量由 75mAh·g^-1 增加到 115mAh·g^-1,Ag-TiO₂-MnO₂ 样品 Mn-O 键能的增强对于抑制放电过程中体积膨胀也有一定作用,可以使二氧化锰材料保持较好的结构稳定性.     

无模板剂合成用于超级电容器的二氧化锰/石墨烯复合材料(英文)

以尿素、四水合氯化锰和氧化石墨烯为原料,采用水热法并通过热分解制备了一种具有石墨烯包覆结构的石墨烯-二氧化锰复合材料,利用扫描电子显微镜、X射线衍射、比表面积(BET)、拉曼光谱和热失重等技术对其形貌、晶体结构及表面结构进行了表征;在三电极条件下利用循环伏安法、恒流充放电法和交流阻抗法测试了材料的电化学性能,并考察了不同石墨烯含量对材料比电容的影响.结果表明,在不添加模板剂的条件下制备的复合材料中二氧化锰是具有介孔结构的α-MnO2,当复合15%(质量分数)的石墨烯后材料的比表面积从109 m2·g-1提高到168 m2·g-1.复合材料具有更好的电化学性能,在0.2 A·g-1电流密度下复合材料的比电容达到最大值(454 F·g-1),远高于纯二氧化锰的值(294 F·g-1).在2 A·g-1的电流密度下恒流充放电2000次后复合材料的比电容保持率为92%.     

电沉积制备MnO2催化剂及其在微生物燃料电池中的应用

通过电沉积的方法获得了一种具有均匀孔隙结构的海绵状二氧化锰催化剂,结合扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)等手段表征了所制备材料的表面形貌、结构及元素构成和赋存价态,采用线性伏安扫描(LSV)法对电沉积材料的电化学性能进行分析,考察其催化氧还原反应的活性,最后以合成的材料为阴极催化剂,构建微生物燃料电池系统,考察其在微生物燃料电池中的应用效果。结果表明,以电沉积二氧化锰为阴极催化剂的微生物燃料电池最大功率密度为975.6 mW/m~2,是以商业二氧化锰为阴极催化剂的电池的1.7倍;这表明作为一种经济、高效、环境友好的阴极氧还原催化剂,电沉积法制备的二氧化锰为实现阴极催化剂的低成本制备以及微生物燃料电池放大化推进提供了新的研究途径。     

MnO2/H-TiO2纳米异质阵列的调控制备及超电容特性

采用目标调控的阳极氧化工艺制备了超大比表面、管与管相互分离的有序TiO₂纳米管阵列（TiO₂ NTAs）基体,进而分别采用电化学氢化法和循环浸渍沉积法对晶化退火后的TiO₂ NTAs实施电化学氢化和高比电容MnO₂沉积的双重功能化改性,调控构筑了一种新型MnO₂/H-TiO₂纳米异质阵列电极材料。利用场发射扫描电子显微镜（FESEM）、高分辨透射电子显微镜（TRTEM）、X射线衍射仪（XRD）、X光电子能谱仪（XPS）、拉曼光谱（Raman）和电化学工作站等对样品进行综合表征与超电容特性测试,结果表明：电化学氢化改性有效提高了H-TiO₂ NTAs的导电性和电化学特性,当电流密度为0.2 mA·cm^-2时H-TiO₂ NTAs的面积电容达到7.5 mF·cm^-2,是相同电流密度下TiO₂ NTAs的75倍;经过2个浸渍循环所获得的MnO₂/H-TiO₂ NTAs-2样品在电流密度为3 mA·mg^-1时比电容可达481.26 F·g^-1,电流密度为5 mA·mg^-1时循环充放电1000圈后比电容仅下降约11%。     

Synthesis of MnO2/N-doped ultramicroporous carbon nanospheres for high-performance supercapacitor electrodes

We demonstrate a simple and highly efficient strategy to synthesize MnO₂/nitrogen-doped ultramicroporous carbon nanospheres (MnO₂/N-UCNs) for supercapacitor application. MnO₂/N-UCNs were fabricated via a template-free polymerization of resorcinol/formaldehyde on the surface of phloroglucinol/terephthalaldehyde colloids in the presence of hexamethylenetetramine, followed by carbonization and then a redox reaction between carbons and KMnO₄. As-prepared MnO₂/N-UCNs exhibits regular ultramicropores, high surface area, nitrogen heteroatom, and high content of MnO₂. A typical MnO₂/N-UCNs with 57 wt.% MnO₂ doping content (denoted as MnO₂(57%)/N-UCNs) makes the most use of the synergistic effect between carbons and metal oxides. MnO₂(57%)/N-UCNs as a supercapacitor electrode exhibits excellent electrochemical performance such as a high specific capacitance (401 F/g at 1.0 A/g) and excellent charge/discharge stability (86.3% of the initial capacitance after 10,000 cycles at 2.0 A/g) in 1.0 mol/L Na₂SO₄ electrolyte. The well-designed and high-performance MnO₂/N-UCNs highlight the great potential for advanced supercapacitor applications.