Mn/C基复合物的制备及电化学性能的研究

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二氧化锰因理论比容量高,储量丰富、价格低廉、对环境友好等优点而备受关注。然而,二氧化锰作为超级电容器电极材料由于自身的电子导电率较低、循环性能差等,限制了其应用。碳基材料具有高的有效比表面积、电子传导率高等优点。两者结合生成的复合材料可以兼具二氧化锰电极材料的高赝电容性能并具有碳基材料的稳定性。本论文以研究影响锰碳复合物电容性能的主要因素为目标,同时结合X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、透射电子显微镜(TEM)等对复合物的结构和性能之间的关系进行了探讨。分别采用超声法和液相沉淀法制备了MnO2/MCNTs复合物,当C/Mn摩尔比为1.2:1时,复合物MnO2/MCNTs具有最优的电容性能,MnO2/MCNTs二元复合材料的电容性能优于纯MnO2。采用液相沉淀法了研究不同管径和长度的MCNTs对MnO2/MCNTs复合物电化学性能的影响。结果发现不同的MCNTs管径及长度对MnO2/MCNTs复合材料电化学性能及表面形态有影响。MCNTs的管径越长,长度越短,复合物的电容性能和倍率性能越好。当MCNTs长度1-2μm,管径40-60nm,MnO2/MCNTs复合物电极的内层容量和外层容量分别为210.42F·g-1,162.86F·g-1,其值大于MnO2电极的内层容量和外层容量。循环寿命测试表明该复合物具有良好的循环稳定性。以硫酸锰溶液为前驱体,采用液相水热反应制备Mn3O4/RGO复合物,结果表明Mn3O4颗粒生长在石墨烯表面。循环伏安扫描90圈后,电极的比电容达到132.4F·g-1,但Mn3O4/RGO复合物倍率性能较差,不适合大电流放电。以高锰酸钾溶液为前驱体,采用液相水热反应制备二氧化锰/还原氧化石墨烯复合物,结果表明水热反应时间6h、起始C/Mn摩尔比为1:1、水热反应温度为150℃时,MnO2/RGO复合物中MnO2呈履带针形生长在RGO表面。电化学测试表明该复合物在扫描速度为5mV·s-1时,复合物的比电容达到194.8F·g-1。循环寿命测试表明MnO2/MCNTs复合物具有良好的循环稳定性。在同样反应条件下,水热反应合成的MnO2/GN,MnO2/HRG与MnO2/RGO电容性能的比较,结果发现MnO2/RGO复合物的电容容量较大。
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