超薄二氧化錳@碳納米球復(fù)合材料的制備及電容特性
發(fā)布時(shí)間：2021-01-20 18:41
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(guò)碳納米球復(fù)合的方式對(duì)二氧化錳進(jìn)行改性。經(jīng)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(shí)。由電化學(xué)測(cè)量可知,適量碳納米球的引入明顯提高了材料的電化學(xué)性能,在二氧化錳復(fù)合碳納米球摩爾分?jǐn)?shù)為100%時(shí),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(dāng)電流密度增加到10 A·g-1時(shí),材料的比容量仍能保持在135.9 F·g-1,經(jīng)歷2 000次循環(huán)后電容保持率高達(dá)95.1%,說(shuō)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(dǎo)電性,從而增加了其活性位點(diǎn)的數(shù)量。
【文章來(lái)源】：材料導(dǎo)報(bào). 2020,34(16)北大核心
【文章頁(yè)數(shù)】：4 頁(yè)
【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(duì)應(yīng)水鈉錳礦Na4Mn14O27·9H2O(JCPDS 23-1046)的(002)、(212)、(144)、(161)晶面。所測(cè)樣品中均未發(fā)現(xiàn)碳納米球衍射峰，說(shuō)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(qiáng)度較弱且峰面較寬，說(shuō)明樣品中的晶體顆粒尺寸比較小，材料的結(jié)晶性較差，使得材料結(jié)晶顆粒尺寸不均，導(dǎo)致材料表面出現(xiàn)各種缺陷、位錯(cuò)、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(jié)晶水，這將會(huì)導(dǎo)致材料結(jié)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(fù)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(jié)構(gòu)且排列緊密，這種緊密結(jié)構(gòu)會(huì)阻礙電化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)一步進(jìn)行，從而影響材料的電化學(xué)性能。由圖2c、d可知，CMn-1.00樣品的表面生長(zhǎng)了顆粒狀碳納米球，使得樣品表面更加飽滿充實(shí)，同時(shí)形成了很多空隙，降低了片層之間的團(tuán)聚，有利于電解液的進(jìn)入，增大了樣品的比表面積，為電化學(xué)反應(yīng)提供了更多的反應(yīng)位點(diǎn)和反應(yīng)深度。由于碳納米球的引入提高了二氧化錳的導(dǎo)電性，有利于電化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行，最終提高了其電化學(xué)性能。由圖2e、f可知，CMn-1.50樣品表面復(fù)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(guò)量碳納米球的引入導(dǎo)致二氧化錳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低，從而影響了其電化學(xué)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(dǎo)電性和加快電化學(xué)反應(yīng)，利于提高材料的電化學(xué)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(duì)CMn-1.00樣品進(jìn)行了TEM分析。通過(guò)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(shuō)明復(fù)合效果很理想，提高了二氧化錳的導(dǎo)電性，降低了片層狀結(jié)構(gòu)的團(tuán)聚現(xiàn)象，從而增大了比表面積，提供了更多的活性位點(diǎn)。原位示蹤采用TEM原位元素映射法分析可得到CMn-1.00復(fù)合材料主要由C、O、Mn元素構(gòu)成，與XRD分析結(jié)果一致。同時(shí)，通過(guò)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(jié)果一致，說(shuō)明材料復(fù)合達(dá)到預(yù)期效果。
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料作為超級(jí)電容器電極材料[J]. 殷金玲,李一棟. 化學(xué)工程師. 2011(07)
[2]超級(jí)電容器用多孔碳材料的研究進(jìn)展[J]. 田艷紅,付旭濤,吳伯榮. 電源技術(shù). 2002(06)
本文編號(hào)：2989568
【文章來(lái)源】：材料導(dǎo)報(bào). 2020,34(16)北大核心
【文章頁(yè)數(shù)】：4 頁(yè)
【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(duì)應(yīng)水鈉錳礦Na4Mn14O27·9H2O(JCPDS 23-1046)的(002)、(212)、(144)、(161)晶面。所測(cè)樣品中均未發(fā)現(xiàn)碳納米球衍射峰，說(shuō)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(qiáng)度較弱且峰面較寬，說(shuō)明樣品中的晶體顆粒尺寸比較小，材料的結(jié)晶性較差，使得材料結(jié)晶顆粒尺寸不均，導(dǎo)致材料表面出現(xiàn)各種缺陷、位錯(cuò)、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(jié)晶水，這將會(huì)導(dǎo)致材料結(jié)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(fù)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(jié)構(gòu)且排列緊密，這種緊密結(jié)構(gòu)會(huì)阻礙電化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)一步進(jìn)行，從而影響材料的電化學(xué)性能。由圖2c、d可知，CMn-1.00樣品的表面生長(zhǎng)了顆粒狀碳納米球，使得樣品表面更加飽滿充實(shí)，同時(shí)形成了很多空隙，降低了片層之間的團(tuán)聚，有利于電解液的進(jìn)入，增大了樣品的比表面積，為電化學(xué)反應(yīng)提供了更多的反應(yīng)位點(diǎn)和反應(yīng)深度。由于碳納米球的引入提高了二氧化錳的導(dǎo)電性，有利于電化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行，最終提高了其電化學(xué)性能。由圖2e、f可知，CMn-1.50樣品表面復(fù)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(guò)量碳納米球的引入導(dǎo)致二氧化錳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低，從而影響了其電化學(xué)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(dǎo)電性和加快電化學(xué)反應(yīng)，利于提高材料的電化學(xué)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(duì)CMn-1.00樣品進(jìn)行了TEM分析。通過(guò)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(shuō)明復(fù)合效果很理想，提高了二氧化錳的導(dǎo)電性，降低了片層狀結(jié)構(gòu)的團(tuán)聚現(xiàn)象，從而增大了比表面積，提供了更多的活性位點(diǎn)。原位示蹤采用TEM原位元素映射法分析可得到CMn-1.00復(fù)合材料主要由C、O、Mn元素構(gòu)成，與XRD分析結(jié)果一致。同時(shí)，通過(guò)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(jié)果一致，說(shuō)明材料復(fù)合達(dá)到預(yù)期效果。
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料作為超級(jí)電容器電極材料[J]. 殷金玲,李一棟. 化學(xué)工程師. 2011(07)
[2]超級(jí)電容器用多孔碳材料的研究進(jìn)展[J]. 田艷紅,付旭濤,吳伯榮. 電源技術(shù). 2002(06)
本文編號(hào)：2989568
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