本文選題：MnO_2 + 薄膜��； 參考：《華中師范大學(xué)》2014年博士論文

【摘要】：錳氧化物比容量高,環(huán)保,價格低廉,被認為是最有前途的贗電容電極材料。目前,研究者們通過各種方法來提高錳氧化物的電容性能,比如將其納米化,通過不同合成手段(比如電化學(xué)法、液相法)制備納米線、納米管、納米片等多種形貌的錳氧化物。通常來說,錳氧化物可呈非晶態(tài)、弱結(jié)晶態(tài)和單晶,也容易制成薄膜,測試表明多種形態(tài)的錳氧化物都有較高的電容性能,可逆性好,并且在硫酸鈉溶液中有1V的較寬的電壓窗口。盡管錳氧化物如MnO2有很多優(yōu)點,但其低的電導(dǎo)率(10-5-10-6s/cm)限制了電子的傳輸和電化學(xué)反應(yīng)的充分進行；同時對于塊體的MnO2來說,其比表面積低,塊體內(nèi)部并沒有完全參與表面的電化學(xué)反應(yīng),也降低了其單位質(zhì)量下能量的儲存。所以要提升MnO2等錳氧化物的電容性能,材料的設(shè)計主要集中在將材料納米化,摻雜以及將錳氧化物與導(dǎo)電性更好(碳、金屬、金屬氧化物)的材料進行復(fù)合。 本論文工作致力于提升錳氧化物的電化學(xué)性能,采用化學(xué)浴沉積(CBD)法合成得到了納米MnO2薄膜和CuBi2O4-摻雜的MnO2(CuBi2O4-MnO2)薄膜,設(shè)計并合成了分級的TiO2/Cu2O-Mn3O4的三元納米片復(fù)合材料。系統(tǒng)研究了摻雜、基底種類、溫度和時間等因素對MnO2和CuBi2O4-MnO2薄膜的結(jié)構(gòu)、形貌和電化學(xué)性能的影響,并對三元復(fù)合材料TiO2/Cu2O-Mn3O4的協(xié)同效應(yīng)對電化學(xué)性能的影響進行了深入分析。主要研究內(nèi)容如下： (1)采用化學(xué)浴沉積(CBD)法合成得到了納米MnO2薄膜,用XRD、SEM對薄膜的結(jié)構(gòu)和形貌進行了表征。通過改變反應(yīng)溫度和反應(yīng)時間,在導(dǎo)電玻璃上沉積得到了不同納米結(jié)構(gòu)的MnO2薄膜。在60℃、8小時沉積條件下,則得到了非晶的納米花MnO2,當沉積溫度更高時,在70、80、90℃下,得到了納米線和納米棒的MnO2。在三電極體系,0.1M硫酸鈉電解液下,通過伏安曲線、充放電曲線以及電化學(xué)阻抗的測試,研究其電化學(xué)性能,研究顯示,60℃下獲得的納米花有更好的電化學(xué)性能,比電容高、倍率性能好,且循環(huán)穩(wěn)定,10000次循環(huán)以后還保有93%的初始容量。 (2)研究CuBi2O4摻雜對Mn02薄膜的影響。通過CBD方法分別在導(dǎo)電玻璃和鈦片基底上沉積了不同形貌的Mn02和CuBi2O4-MnO2薄膜,研究了摻雜和基底種類對這兩種薄膜電化學(xué)性能的影響。用XRD、SEM和XPS對薄膜的結(jié)構(gòu)和形貌進行了表征,證明了Cu2+和Bi3+在Mn02中的成功摻雜。在三電極體系,0.1M硫酸鈉電解液下,通過伏安曲線、充放電曲線以及電化學(xué)阻抗的測試,研究其電化學(xué)性能。CuBi2O4-MnO2薄膜的電容值為338Fg-1,遠高于MnO2(135F g-1);另外,對于CuBi2O4-MnO2薄膜,其在導(dǎo)電玻璃上的CuBi2O4-MnO2薄膜要比在鈦片基底上的比電容更高,且循環(huán)性和可逆性更好。 (3)設(shè)計并成功制備了分級的三元TiO2/Cu2O-Mn3O4薄膜。水熱法得到TiO2褶皺納米球陣列,然后通過新穎的連續(xù)離子層吸附與反應(yīng)SILAR法在Ti02上生長得到了分級的Cu2O-Mn3O4納米片。用XRD、SEM、TEM和XPS對薄膜的結(jié)構(gòu)和形貌進行了表征,電化學(xué)性能研究表明,三元TiO2/Cu2O-Mn3O4結(jié)構(gòu)的比容量相比于TiO2/Mn3O4, TiO2/Cu2O, Mn3O4都有較大的提升。在3A g-1的電流密度下,比容量高達259F g-1,這源于材料的協(xié)同效應(yīng)。
[Abstract]:Manganese oxide has high specific capacity , environmental protection and low cost . It is considered to be the most promising pseudo - capacitance electrode material . At present , the researchers have adopted various methods to improve the capacitance performance of Mn oxides . For example , the manganese oxides can be made into amorphous state , weak crystalline state and single crystal .
meanwhile , for the MnO2 of the block , the specific surface area is low , the interior of the block does not fully participate in electrochemical reaction on the surface , and the storage of the energy in the unit mass is reduced ; therefore , the capacitance performance of the manganese oxide such as MnO2 is improved , and the design of the material is mainly concentrated on the compounding of the material of the material nano , the doping and the better conductivity of the manganese oxide and the conductivity ( carbon , metal , metal oxide ) .

The effects of doping , substrate species , temperature and time on the structure , morphology and electrochemical properties of MnO2 and CuBi2O4 - MnO2 films were investigated . The effects of doping , substrate species , temperature and time on the structure , morphology and electrochemical properties of MnO2 and CuBi2O4 - MnO2 films were studied .

The nano - MnO2 thin films were synthesized by chemical bath deposition ( CBD ) method . The structure and morphology of the films were characterized by XRD and SEM .

( 2 ) The influence of CuBi2O4 doping on the properties of Mn02 thin films was investigated . The effects of doping and substrate species on the electrochemical properties of the films were investigated by means of CBD method . The structure and morphology of the films were characterized by XRD , SEM and XPS . The CuBi2O4 - MnO2 thin films had a higher capacitance value than MnO2 ( 135F g - 1 ) .

The structure and morphology of TiO 2 / Cu2O - Mn 3O 4 films were characterized by XRD , SEM , TEM and XPS . The results show that the specific capacity of the ternary TiO2 / Cu2O - MnO4 structure is higher than that of TiO2 / Mn2O4 , TiO2 / Cu2O and MnO4 . The specific capacity of the ternary TiO2 / Cu2O - Mn4 structure is 259F g - 1 at the current density of 3A g - 1 , which is the synergistic effect of the material .
【學(xué)位授予單位】：華中師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TB383.1;TM53

【共引文獻】

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本文編號：2030345