氧化还原刻蚀技术制备不同形貌氧化锰空心材料及电化学性质研究

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具有空心结构的氧化锰材料具有比表面积大、密度低、稳定性高、电化学性能良好和环境友好等优点,已经广泛应用在超级电容器电极材料、催化剂、离子交换剂和吸附剂等领域。本研究选用不同形貌Cu20多面体作为自牺牲模板,在室温条件下和KMnO4溶液中通过氧化还原刻蚀反应,制备了系列非晶态氧化锰空心材料,并对整个“自上而下”刻蚀过程进行了分析,进行了制备不同形貌氧化锰空心材料电极的电化学性质研究。全文由四章构成:绪论部分(第1章)论述了氧化锰的结构、分类、性质、制备方法及应用。实验部分(第2章)以不同形貌的Cu20晶体作为模板剂和还原剂,在KMnO4溶液中通过氧化还原刻蚀反应,制备了一系列不同形貌非晶态氧化锰空心材料,进行了氧化锰空心材料生成过程跟踪分析。实验部分(第3章)采用三电极体系,对所制备的不同形貌氧化锰空心材料电极进行了电容性质测试。第4章为全文总结。以立方体形、截角立方体形、立方八面体形、截角八面体形、八面体形和星形Cu2O晶体作为前驱物分散在水溶液中得到悬浮液,随即向该悬浮液中滴加酸性KMnO4溶液,Cu2O与MnO4-在接触界面发生氧化还原刻蚀反应,Cu2O模板被氧化成Cu2+而MnO4-被还原成氧化锰并附着在Cu2O模板表面。刻蚀反应48h后,Cu2O模板被完全刻蚀溶解,得到不同形貌非晶态氧化锰空心材料。刻蚀反应过程跟踪分析表明,产物形成过程是氧化锰纳米片通过“自上而下”方式进行组装,’‘产物较好地沿袭了模板的形貌和尺寸。通过XRD、XPS、AAS、SEM、TEM、BET对产物的结构、形貌和多孔性进行了表征。采用三电极体系,选取电压范围为-0.2-0.8V,在1mol L-1Na2SO4电解液中测试了制备的非晶态氧化锰空心材料的电化学性质。实验结果表明,六种电极材料均表现出典型的法拉第电容性质。其中比表面积最大(198m2g-1)的星形氧化锰空心材料电极在充放电过程中,电解质中的氢离子和金属离子在非晶态氧化锰材料表面的吸附与脱附更加充分,从而产生了较多的表面法拉第反应。在扫描速率为5mV s-1时,星形氧化锰空心材料电极的比电容为366F g-1,在数值上远大于其他五种电极材料,非晶态氧化锰空心材料的电容性质与其比表面积关联。
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