本工作采用液相沉淀法制備了二氧化錳@碳納米球電極材料,通過碳納米球復合的方式對二氧化錳進行改性。經XRD分析可知,合成的材料以水鈉錳礦的形式存在;由TEM和SEM分析可知,碳納米球均勻分布在片層狀二氧化錳的表面,使其更加飽滿充實。由電化學測量可知,適量碳納米球的引入明顯提高了材料的電化學性能,在二氧化錳復合碳納米球摩爾分數(shù)為100%時,所得材料擁有最佳比容量,即在1 A·g^-1電流密度下放電比容量為166.3 F·g^-1,當電流密度增加到10 A·g^-1時,材料的比容量仍能保持在135.9 F·g^-1,經歷2 000次循環(huán)后電容保持率高達95.1%,說明材料具有優(yōu)異的倍率特性和較高的穩(wěn)定性。這可能是由于引入碳納米球后提高了水鈉錳礦的導電性,從而增加了其活性位點的數(shù)量。 

【文章來源】：材料導報. 2020,34(16)北大核心

【文章頁數(shù)】：4 頁

【部分圖文】：

(a,b)CMn-1.00樣品的TEM圖，(c)CMn-1.00樣品的EDS圖

CMn-0.00、CMn-1.00、CMn-1.50樣品的XRD譜如圖1所示，2θ為12.5°、25.0°、35.7°、37.1°分別對應水鈉錳礦Na4Mn14O27·9H2O(JCPDS 23-1046)的(002)、(212)、(144)、(161)晶面。所測樣品中均未發(fā)現(xiàn)碳納米球衍射峰，說明所形成的碳納米球以非晶態(tài)存在于樣品表面。樣品的衍射峰強度較弱且峰面較寬，說明樣品中的晶體顆粒尺寸比較小，材料的結晶性較差，使得材料結晶顆粒尺寸不均，導致材料表面出現(xiàn)各種缺陷、位錯、裂隙等。由于在室溫下合成了樣品，因此二氧化錳含有大量結晶水，這將會導致材料結晶性較差。3.2 形貌分析

圖2為CMn-0.00、CMn-1.00、CMn-1.50樣品在高、低倍放大率下的SEM圖。由圖2可知，復合碳納米球后樣品的形貌發(fā)生明顯改變，呈現(xiàn)出片狀的二氧化錳表面包覆一層碳納米球顆粒。由圖2a、b可知，CMn-0.00樣品具有片狀結構且排列緊密，這種緊密結構會阻礙電化學反應的進一步進行，從而影響材料的電化學性能。由圖2c、d可知，CMn-1.00樣品的表面生長了顆粒狀碳納米球，使得樣品表面更加飽滿充實，同時形成了很多空隙，降低了片層之間的團聚，有利于電解液的進入，增大了樣品的比表面積，為電化學反應提供了更多的反應位點和反應深度。由于碳納米球的引入提高了二氧化錳的導電性，有利于電化學反應的進行，最終提高了其電化學性能。由圖2e、f可知，CMn-1.50樣品表面復合了大量的碳納米球顆粒，使得二氧化錳幾乎被完全包覆，由于過量碳納米球的引入導致二氧化錳的質量分數(shù)降低，從而影響了其電化學性能。由以上分析可知，適量碳納米球的引入能夠提高材料的導電性和加快電化學反應，利于提高材料的電化學性能。為了更清楚地了解碳納米球與二氧化錳之間的接觸狀態(tài)及分布狀況，對CMn-1.00樣品進行了TEM分析。通過圖3a、b可知，在不同倍數(shù)下能觀察到碳納米球均勻地分布在片層狀水鈉錳礦表面;由圖3b能直觀地看到碳納米球和二氧化錳緊密接觸且相間均勻分布。這說明復合效果很理想，提高了二氧化錳的導電性，降低了片層狀結構的團聚現(xiàn)象，從而增大了比表面積，提供了更多的活性位點。原位示蹤采用TEM原位元素映射法分析可得到CMn-1.00復合材料主要由C、O、Mn元素構成，與XRD分析結果一致。同時，通過面分布圖像(圖3c)可以觀察到C、Mn、O元素在樣品中均勻分布，這與SEM及TEM的結果一致，說明材料復合達到預期效果。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]導電聚合物復合材料作為超級電容器電極材料[J]. 殷金玲,李一棟.  化學工程師. 2011(07)
[2]超級電容器用多孔碳材料的研究進展[J]. 田艷紅,付旭濤,吳伯榮.  電源技術. 2002(06)



本文編號：2989568