层状二氧化锰的离子注入改性及其电化学性能的研究

应用高温热解法合成层状二氧化锰(δ-MnO2),借助离子注入技术在其表层注入钛离子,形成复合材料(δ-MnO2-Ti).材料结构及形貌由XRD、SEM及XPS表征,用恒电流充电仪测定其电化学性能.结果表明:注入钛离子后形成新的复合材料,其MnO2的层状结构没有被破坏,钛离子主要以Ti(Ⅳ)态嵌入MnO2结构.与δ-MnO2相比,改性后的δ-MnO2-Ti首次放电比容量和最大放电比容量均有明显提升.     

水溶液中掺铬层状二氧化锰可充性研究

由高温分解KMnO₄制备层状K-birnessite前驱体, 再经过离子交换反应制备Cr-birnessite. 在2.5 mol/L LiOH水溶液中研究了Cr-birnessite电极的可充性. 据AAS测试和锰的价态分析得Cr-birnessite的分子式为Cr_0.26Mn_0.84O_2＋0.04. SEM显示Cr-birnessite为片状颗粒, XRD分析表明其层状结构在充放电前后没有明显变化. 恒电流充放电实验表明在2.5 mol/L LiOH水溶液中以1 C大电流速率对Cr-birnessite进行全充全放循环可达70次而保持初始容量的93%, 显示了良好的循环可逆性. AAS表明在充放电过程中材料中的铬离子没有脱嵌, Li^＋脱嵌/嵌入. 循环伏安曲线表明在大约 －0.3和0 V出现两个氧化峰, 在－0.1 V左右出现一个还原峰, 循环20周电流大小没有明显变化. 利用恒电位阶跃法测得Li^＋在Cr-birnessite 中的扩散系数平均值为1.57×10^－10 cm²·s^－1 .     

一维隐钾锰矿型二氧化锰的控制合成及其电化学性能

在不加酸条件下,通过调节高锰酸钾和一水硫酸锰的比率,合成了一系列正八面体分子筛二氧化锰纳米材料,并且实现了对一维OMS-2纳米材料直径的有效调控.氮气吸脱附分析（BET）,傅里叶变换红外光谱（FT-IR）,X射线衍射（XRD）,透射电镜（TEM）和氢气程序升温还原（H₂-TPR）的详细表征表明：一维二氧化锰纳米材料主要遵循侧向生长机制,奥斯瓦尔德熟化的作用是使两条或多条初始纳米纤维融合在一起.MnO₆正八面体中阳离子Mn³⁺能促进一维二氧化锰纳米材料的纵向生长,而Mn⁴⁺则倾向于促进侧向生长.电化学测试表明,一维OMS-2纳米材料的直径强烈影响其比电容,最小直径材料的比电容为375 F/g.     

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。     

超级电容器用纳米二氧化锰的合成及其电化学性能

应用低温固相法和化学沉淀法制备4种用于电化学电容器的纳米级二氧化锰.由XRD、SEM和循环伏安等表征和测试其物化性能及电容特性.结果表明,该二氧化锰材料的颗粒尺寸约几十nm,在0.1 A.g-1电流密度下放电时产物的比电容最高,可达149F.g-1,二氧化锰的大倍率放电性能与其结构特征直接相关,材料的晶体结构越完整其大倍率放电性能越好.     

线团形貌层状二氧化锰的制备及其在不对称电化学电容器中的应用

将无定型MnO2在1 mol/L NaOH水溶液中150℃水热处理12 h后,得到了具有线团形貌的层状二氧化锰。利用XRD、SEM和低温N2吸-脱附等手段对样品的形貌和结构进行了表征。采用循环伏安、恒流充放电以及交流阻抗技术对样品的电化学性质进行了研究。研究结果表明,在三电极体系中,线团状MnO2在0~1.0 V(vs.SCE)的电压范围内具有较好的电容性质,其质量比电容为154 F/g。利用线团状MnO2为正极,石墨烯为负极以及1 mol/L Na2SO4水溶液为电解液组装了不对称型的电化学电容器。电化学测试表明,该电容器可在0~1.8 V的电压范围内可逆循环,其能量密度为21.6 W·h/kg,远远高于基于线团状MnO2(4.86 W·h/kg)和石墨烯(4.3 W·h/kg)的对称型电容器。     

合成路径对超级电容器用二氧化锰性质的影响

研究了不同合成路径对二氧化锰结构及电化学性能的影响. 路径1为将0.15 mol/L醋酸锰溶液加入到0.1 mol/L高锰酸钾溶液中; 路径2中, 物料的加料方式与路径1相反. X射线衍射和扫描电镜测试表明合成的产物均为无定型α-MnO2, 晶粒尺寸为200～300 nm. 氮吸附曲线测试结果表明: 路径1所得的二氧化锰具有较大的比表面积(329 m2/g), 其孔径分布比较均一, 孔径6～12 nm, 孔体积较小(0.45 cm3/g); 路径2所得的二氧化锰比表面积较小(298 m2/g), 具有从微孔到大孔的连续分布孔, 平均孔径11.4 nm, 孔体积较大(0.66 cm3/g). 交流阻抗和循环伏安电化学测试结果显示: 路径2所得样品具有较大的法拉第阻抗, 在较低扫描速度下(2 mV•s－1), 其比电容(203 F•g－1)比路径1所得MnO2高(189 F•g－1), 路径1所得二氧化锰的比电容随扫描速度变化的趋势较小. 恒流充放电测试显示路径1合成的二氧化锰具有较好的功率特性. 在2 A•g－1的电流密度下, 其比容量为0.1 A•g－1电流密度下的96.3%, 而路径1的样品的容量保持率为92.5%. 造成上述结果差异的原因是由于不同合成路径导致二氧化锰存在不同的孔结构特征所致.     

层状LiMnO2的固相合成及电化学性能

以Mn₂O₃和氢氧化锂为原料，通过焙烧合成出o-LiMnO₂。用X射线衍射和扫描电镜对不同温度下合成的粉末样品进行了表征，并研究了材料的电化学性能。通过对不同温度条件下烧结样品的晶胞参数、布拉格(110)晶面峰半高宽及电化学性能研究发现：600 ℃下合成样品的半高宽最大，堆垛层错率高，同时电化学性能也最好，首次放电容量达到156 mAh·g^-1，20次循环后仍保持在140 mAh·g^-1以上。中高温固相合成的o-LiMnO₂材料，在晶粒范围大小相近时，材料电化学性能与材料堆垛层错率相关。     

层状二氧化锰和2,2'-联吡啶铁自组装膜的制备和光电性能研究

采用静电吸附层-层自组装方法制备了层状二氧化锰/2,2'-联吡啶铁自组装膜材料,借助扫描电镜(SEM),紫外可见光谱(UV-Vis)和电化学工作站等测试手段对自组装膜的结构与性能进行了表征.结果表明,该自组装膜具有均匀的表面和紧密的层状结构,在可见光照射条件下该自组装膜电极的氧化还原电流明显增加了.层状二氧化锰/2,2'-联吡啶铁自组装膜电极,在可见光照射条件下光电降解有机染料罗丹明B(1×10-5mol/L)反应80min降解率达到了57%.     

正极集流体对可充镁电池电化学性能的影响

以目前常用的Chevrel相Mo₆S₈作为正极材料, 涂覆在不同集流体(不锈钢、镍、铜、钛) 上, 以镁为负极,研究了在(PhMgCl)₂-AlCl₃/四氢呋喃(简称THF)“二代”电解液中集流体对可充镁电池电化学性能的影响. 恒流放电-充电结果显示在不锈钢集流体上电池电压极化最小, 并且具有较好的循环稳定性; 镍、铜次之; 钛集流体上的极化最大, 循环稳定性也最差. 并通过对比放电-充电循环前后电极和集流体表面的微观结构, 探讨了集流体对电池性能显著影响的原因. 电解液对集流体会造成腐蚀, 不同集流体在电解液中的稳定性有差异; 正极材料涂覆在不同集流体上, 电极表面状况有差异; 负载活性材料后集流体发生腐蚀的电位有所降低, 使集流体更易受到电解液的腐蚀.     

Electrochemical Property of Manganese Oxide Nanobelt Bundles with Layered Structure

One‐dimensional manganese oxide nanobelt bundles with birnessite‐type structure have been synthesized by a hydrothermal process in a NaOH solution employing K‐type layered manganese oxide as a precursor. The obtained manganese oxide nanobelt bundles exhibit excellent discharge properties and cycle stability. The initial capacity is 376 mAh·g^?1 and the reversible capacity of 243 mAh·g^?1 is maintained after the 50th cycle at a current density of 20 mA·g^?1. Meanwhile, the manganese oxide nanobelt bundles show an excellent cycle performance even if at relative high current density.     

精氨酸插层氧化锰纳米结构材料的制备和表征

应用氧化法水热合成了Na型层状氧化锰[BirMO(Na)], 通过离子交换反应在0.1 mol/L HCl溶液中Na型层状氧化锰转化成H型层状氧化锰[BirMO(H)]. BirMO(H)在四甲基氢氧化铵[(CH3)4NOH]溶液中搅拌处理7 d后, 剥离生成了MnO2纳米层胶体分散液. 剥离的MnO2纳米层胶体分散液在pH＝4.0～11.0的精氨酸溶液中搅拌2 d, 得到了层间距为1.49 nm的精氨酸插层氧化锰纳米结构材料. 通过XRD, DSC-TGA, SEM, IR及元素分析对合成试样进行了分析表征. 结果表明精氨酸在氧化锰层间的插入量及插入形式与重组溶液的pH值密切相关, 其最大插入量为1.80 mmol/g.     

纳米氧化亚铜的制备及其电化学性质

研究了纳米氧化亚铜的软模板制备法,并用XRD和TEM对所制备的纳米氧化亚铜进行了表征.试验表明,利用十六烷基三甲基溴化胺为软模板制备的纳米氧化亚铜呈直径为10 nm左右,长度为250 nm左右的纳米晶须.利用Nafion将新制备的纳米氧化亚铜固定在玻碳电极表面,研究了纳米氧化亚铜的电化学性质.结果表明,纳米氧化亚铜在电极表面表现出一对对称性良好的氧化还原峰,对应于纳米氧化亚铜中心的Cu(Ⅱ)/Cu(Ⅰ)的氧化还原,峰电流随扫描速度的增大呈现线性关系,根据峰电位与扫速对数的线性关系,计算出了电子转移系数.表明纳米氧化亚铜在电极表面的反应是受表面控制的部分不可逆过程.     

Preparation and Electrochemical Characteristics of Three-dimensional Manganese Oxide Micro-supercapacitor Electrode

In order to increase the electrode surface area and enhance the charge storage capacity, we study the micro electro mechanical system technology to fabricate three-dimensional high aspect ratio micro-electrode structure based on glass. The anodic constant potential method is employed to deposit manganese oxide as electroactive substances on the micro-electrode surface. Cyclic voltammetry and constant current charge-discharge method are both used to prepare electrode electrochemical performance testing, with a two-dimensional electrode without structure for comparison. Experimental results show that three-dimensional elec-trode structure can effectively enhance the charge storage capacity. At 1.0 mA/cm² charge-discharge density, the three-dimensional electrode shows a capacitance of 17.88 mF/cm², seven times higher than the two-dimensional electrode.     

氧化锰表面改性活性炭电极材料的电化学特性

用Mn(NO3)2溶液浸渍-高温热解法对普通活性炭进行表面改性处理以改善其电化学性能. 采用氮气吸附、SEM、XRD等方法研究改性活性炭的比表面积、孔结构、形貌和氧化锰的晶体结构; 用循环伏安、恒流充放电、交流阻抗等电化学方法研究了改性活性炭电极构成的电化学电容器的性能. 结果表明, Mn(NO3)2热解产生的多价态氧化锰有法拉第赝电容效应, 尤其是立方晶形结构的α-Mn2O3, 与活性炭的双电层电容构成了复合电容, 因而改性炭材料的比电容有明显的提高, 其质量比电容达到254 F·g-1, 比未改性炭的165 F·g-1提高了54%. 改性炭电极电化学电容器具有优异的充放电可逆性和稳定性, 而且等效串联电阻较小, 只有0.40 Ω; 经2000次循环的长期测试, 容量保持率几乎达到100%.     

层状钠锰氧化物的制备及离子交换反应动力学

层状钠锰氧化物的制备及离子交换反应动力学     

锰氧化物聚苯胺复合电极材料的制备与性能

本文制备了二氧化锰和聚苯胺碳的复合电级材料(MnO₂-PAnC),测试结果表明MnO₂-PAnC材料为松散结构组成的纳米颗粒. MnO₂-PAnC 材料的比电容最大可达459 F•g^-1,MnO₂-PAnC电极在较高的扫速下循环伏安曲线变形较小,表现出良好的可逆性. 交流阻抗测试结果表明,MnO₂-PAnC 电极电荷传递电阻小,表面离子扩散速度快. 充放电500个循环后,MnO₂-PAnC 电容的保持率仍高于60%. 以上实验结果表明,MnO₂-PAnC 是很好的超级电容器的电极材料.     

聚乙撑二氧噻吩/二氧化锰纳米复合物的界面聚合制备及其电化学性能

采用界面聚合法制备聚3,4-乙撑二氧噻吩/二氧化锰(PEDOT/MnO2)纳米复合物. 通过红外(IR)光谱、X射线衍射(XRD)、BET比表面积、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对样品进行表征. 结果表明, 产物是具有丰富的多孔孔道结构的无定型纳米材料, 孔径主要分布在5-25 nm范围内, 比表面积可达98 m2·g-1. 同时用循环伏安(CV)、恒流充放电和交流阻抗(EIS)等电化学测试表明, 在0.5 mol·L-1 Na2SO4溶液中, -0.2 - 0.8 V(vs SCE)的电化学窗口下, PEDOT/MnO2纳米复合物显示出良好的电化学性能, 当电流密度为0.5 A·g-1时, 所制备的PEDOT/MnO2单电极比容量达196.3 F·g-1, 500次循环后样品放电比容量保持90%左右.     

纳米氧化锰表面功能化木材的制备及性质

采用水热反应法制备了纳米氧化锰负载木材.通过扫描电子显微镜和能谱分析对样本进行了微观形貌和元素含量检测,并探讨了在不同处理条件下得到的纳米氧化锰负载木材在耐腐性和抗菌性方面的表现.数据分析显示,氧化锰负载木材的耐腐性和抗菌性均优于未处理的木材,水热反应中采用十二烷基硫酸钠作为表面活性剂时木材表面的氧化锰物相最纯净,且木材样本的性能优于其它条件下制备的样本.