錳氧化物-碳納米纖維復合材料的制備及其電容去離子研究.pdf

1、電容去離子（CDI）是一種新型脫鹽技術，因其能耗低、易操作、無二次污染等優點備受關注。電極材料的性能是影響電容去離子技術的關鍵，理想的電極材料應該具有比表面積高、導電性好、親水性好、孔結構分布合理以及制備簡單等優點?；陟o電紡絲法的碳納米纖維，由于制備過程連續穩定、所得纖維不需要添加粘結劑，具有一定的機械強度，非常適合做自支撐電極材料。然而制得的純碳納米纖維（ECNF）由于低的親水性和比表面積，導致比電容量低，限制了其在CDI中的應用。

2、
　　過渡金屬氧化物MnO2等具有理論比電容很高，電位窗口寬，環境友好，來源廣泛等優點。本文基于KMnO4與碳的氧化還原反應原理，以KMnO4為反應劑，采用簡單浸泡法在ECNF表面修飾MnO2膜，并經過熱處理獲得高性能的MnO2/ECNF復合電極材料。研究了不同浸泡時間對纖維表面的MnO2形貌結構、電化學性能及電容器脫鹽效果的影響。主要研究成果如下：
　　通過改變 KMnO4溶液的濃度及反應時間，優化 MnO2的生成條件，可

3、以較方便地調節MnO2在纖維表面的沉積量。掃描電鏡（SEM）和透射電鏡（TEM）發現MnO2膜層是相對致密的，且膜層較薄，生長108 h后僅為35 nm。X射線衍射（XRD）和TEM表征證明，ECNF表面的沉積層含有 K+摻雜的 birnessite型的 MnO2。將 MnO2/ECNF復合纖維進一步熱處理后， MnO2的結構由致密型轉變為毛刷狀多孔型。熱重分析（TGA）和 X-射線光電子能譜（XPS）分析表明，熱處理過程促進了MnO2

4、和碳的反應，生成部分Ⅲ價錳，這種混合價態結構有助于電化學過程中的離子擴散和吸附。
　　用該復合材料組裝電容器并用于電化學和電容去離子研究。循環伏安（CV）和阻抗（EIS）分析發現，在KMnO4溶液中反應1 h再熱處理所制得的MnO2/ECNF具有最佳的電化學性能，比電容達46.14 F/g，遠高于ECNF（8.54 F/g），并且電極表面離子擴散明顯改善。電容脫鹽測試中的單循環脫鹽量為8.14 mg/g，電流效率高達68.54％，