錳氧化物納米材料電化學合成及電性能研究.pdf

1、錳氧化物作為傳統的電極材料，廣泛應用于鋰錳電池、鋅錳電池、堿錳電池等化學電源中。超級電容器是目前公認的實用、高效和環保的能量存儲元件。錳氧化物納米材料所形成的電極的充放電容量、峰值電流等電化學性能較高，在超級電容器中有巨大的應用潛力。錳氧化物納米材料的結構、活性及充放電能力與制備方法息息相關，因此研究合成錳氧化物納米材料的方法尤為重要。電沉積是一種非常簡便的納米材料合成方法，制備的產物結構精確、雜質少?；诖?，本論文分別用不銹鋼和AAO

2、模板作為基底，通過電沉積制備出錳氧化物，并研究其電化學性能。
　　 本論文首先利用循環伏安電沉積法，在不銹鋼基底上制備出由納米片堆積形成的錳氧化物納米結構薄膜，納米片的寬大概在20～30nm，長在100～200nm之間，薄膜的形貌受掃描速率影響較大。實驗表明在電化學沉積過程中，無定形納米片薄膜為錳氧化物的主要生長方式，在較低的掃描速率下，薄膜的生長速率較慢，堆積密度較大。通過在Na2SO4溶液中的循環伏安測試，錳氧化物電極在0～

3、1V(vs.SCE)電位窗口范圍內具有較好的循環性、可逆性和再現性，電沉積的時間對產物的比容量影響較大，最大比電容達210.9F·g-1。
　　 其次，通過電沉積法在陽極氧化鋁(AAO)模板上制備出高度有序、尺寸均勻的無定形錳氧化物納米線陣列。其中，利用氧化法在0.1mol.L-1Mn(Ac)2和25g·L-1H3BO3電解液中制備出直徑為75nm，線長為2μm的錳氧化物納米線，在0～1V(vs.SCE)電位區間下的最大比容量為

4、6.005×10-3F·cm-2;利用還原法在0.01mo1·L-1KMnO4電解液中制備出直徑在80nm左右，長度在15～20μm之間的錳氧化物納米線，在0～1V(vs.SCE)電位區間下的最大比容量為19.975×10-3F·cm-2。
　　 用兩步陽極氧化法制備的多孔氧化鋁(AAO)模板沉積出的納米材料尺寸均一、排列有序。AAO膜的結構（孔徑、有序度等）直接影響納米材料的尺寸及排列。多孔膜生長方式與陽極氧化電壓之間的對應關

5、系對控制氧化鋁膜的結構十分重要。我們在草酸-水-乙醇體系，研究了不同氧化電壓下的AAO膜二次生長過程。在40V二次氧化電壓下，AAO膜的有序度和孔徑隨反應時間延長而降低；80V下，經過長時間反應，AAO膜表面腐蝕嚴重，難以獲得平整的多孔結構。預氧化過程所形成的薄氧化層有效保護了AAO表面，同時對多孔結構具有短距離誘導作用。改變氧化電壓、電解質濃度和反應時間，有序孔排列的結構參數也有所改變。高電場下，孔道的相互作用促進了其生長分化，形成了