本文選題：陽極電沉積 + Mn氧化物��； 參考：《南昌航空大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：針對MnO2存在導(dǎo)電性差、真實比容低、離子傳導(dǎo)性差等問題,本文開發(fā)了新的制備方法和摻雜改性工藝,制備出了三維納米網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的Mn基氧化物。本論文采用陽極電沉積的方法制備具有三維納米網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的MnO2和MnVFe氧化物,并系統(tǒng)研究了工藝參數(shù)、元素?fù)诫s等因素對錳基氧化物納米結(jié)構(gòu)及性能的影響,并利用X射線衍射儀(XRD)、場發(fā)射掃描電鏡(FESEM)、能譜儀(EDS)等檢測技術(shù)及電化學(xué)測試方法對錳基氧化物的結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行了表征。研究表明,采用恒電流脈沖電沉積制備三維多孔MnO2材料,電流密度和通斷比各為0.435 mA/cm2、7:1和0.87 mA/cm2、10:1時,都能獲得由納米線自組裝成的三維網(wǎng)狀,孔徑約40 nm;電流密度和通斷比為0.435 mA/cm2、10:1時,可獲得近乎垂直于基底的相互交織的開放式納米片薄膜;電流密度和通斷比為0.87 mA/cm2、15:1時,形成了細(xì)小密集納米片,并互相交織形成三維多孔結(jié)構(gòu),孔徑約200nm。采用恒電位脈沖電沉積制備三維多孔MnO2材料,通斷比都為3:1,沉積電位0.9 V時,制備的薄膜形成了由直徑約50 nm、長度約200 nm的納米線自組裝成的三維孔結(jié)構(gòu);沉積電位1 V時,制備的薄膜表面及截面均為三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。陽極電沉積電流密度為5~200 m A·cm2時,形成由直徑約3~80 nm、長徑比約5~10的納米線自組裝成的三維納米網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),網(wǎng)孔分布均勻。重點考察電流密度、NaVO3濃度、NH4Fe(SO4)2濃度和PH值四個因素,設(shè)計正交實驗,采用陽極電沉積法制備的MnVFe氧化物基本都具有三維納米網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),孔徑約3~80 nm,具有典型的γ-MnO2晶體相結(jié)構(gòu)。根據(jù)正交試驗結(jié)果選出了4種具有不同網(wǎng)孔孔徑的MnVFe氧化物,孔徑分布范圍分別為3~10 nm、15~40 nm、40~60 nm和60~80 nm,研究了掃描速度對不同孔徑MnVFe氧化物電容性能的影響。掃描速率為0.5mV/s時,不同孔徑各自的比容量分別為450.91F/g、398.55 F/g、289.15 F/g和253.17 F/g;充放電速率為0.2A/g時,不同孔徑各自的比容量分別為475.25 F/g、428.5 F/g、328.75 F/g和312.86 F/g。掃描速率由0.5mV/s增大至200 mV/s時,4種不同孔徑的MnVFe氧化物的比電容保持率分別35%、54%、60.2%和36.7%;充放電速率由0.5 A/g增大至5 A/g時,4種不同孔徑的MnVFe氧化物的比電容保持率分別69%、81%、86%和72%。與未摻雜的MnO2相比,MnVFe氧化物細(xì)小的三維納米網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)極大增加了電極的導(dǎo)電性,其比容量提高36%。在不同濃度的Na2SO4電解液中,掃描速率為1A/g時,MnVFe氧化物的比電容在濃度為0.5 mol/L時最大,可達(dá)253.4 F/g。
[Abstract]:In order to solve the problems of poor electrical conductivity, low real specific volume and poor ionic conductivity in MnO2, a new preparation method and doping modification technology were developed to prepare Mn-based oxides with three-dimensional nanoscale structure. In this paper, MnO2 and MnVFe oxides with three dimensional nanocrystalline meshes were prepared by anodic electrodeposition, and the effects of process parameters and element doping on the structure and properties of manganese based oxides were studied systematically. The structure and properties of manganese based oxides were characterized by X-ray diffractometer (XRD), field emission scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive spectrometer (EDS). The results show that when the current density and the on-to-break ratio are 0.435 Ma / cm _ 2 / 7: 1 and 0.87 Ma / cm _ 2 / 10: 1, respectively, the three-dimensional porous MnO2 materials prepared by constant current pulse electrodeposition can be self-assembled by nanowires. When the current density and the on-to-break ratio are 0.435 Ma / cm ~ (2) 10: 1, the interlaced open nanocrystalline films almost perpendicular to the substrate can be obtained. When the current density and the on-to-break ratio are 0.87 Ma / cm ~ (2) / 15: 1, small and dense nanocrystals are formed. And intertwined with each other to form a three-dimensional porous structure with a pore size of about 200 nm. Three-dimensional porous MnO2 materials were prepared by potentiostatic pulse electrodeposition with a ratio of 3: 1 and a potential of 0.9 V. The films were self-assembled by nanowires of about 50 nm in diameter and 200 nm in length, and the deposition potential was 1 V. The surface and cross section of the prepared films are all three-dimensional reticulated structures. When the current density of anodic electrodeposition is 5 ~ 200mA cm2, a three-dimensional nanowire structure is formed by self-assembly of nanowires with a diameter of about 3nm and a aspect ratio of about 5 ~ 10, and the net pores are uniformly distributed. Four factors, NH _ 4Feo _ 4SO _ 4 concentration and PH value of NaVO3 concentration, were investigated in detail. Orthogonal experiment was designed. The MnVFe oxides prepared by anodic electrodeposition all had three-dimensional nano-network structure, pore size about 380nm, and typical 緯 -MnO _ 2 crystal phase structure. According to the results of orthogonal experiments, four kinds of MnVFe oxides with different pore sizes were selected. The pore size distribution ranges from 3 ~ 10 nm to 1540 nm ~ 40 nm ~ 4060 nm and 60 ~ (80) nm, respectively. The effect of scanning speed on the capacitance of MnVFe oxides with different pore sizes was studied. When the scanning rate is 0.5mV/s, the specific capacity of different aperture is 450.91F / g 398.55F / g 289.15F / g and 253.17 Fr / g, respectively. When the charge / discharge rate is 0.2A/g, the specific capacity of different aperture is 475.25 F / g 428.5 FG 328.75 FG and 312.86 Fr / g respectively. The specific capacitance retention rates of the four kinds of MnVFe oxides with different pore sizes increased from 0.5mV/s to 200 mV/s, and the specific capacitance retention rates of the four MnVFe oxides with different apertures were 6981 86% and 722%, respectively, when the charge / discharge rate increased from 0.5 Ag to 5 Ag, and the specific capacitance retention rates of the four MnVFe oxides with different pore sizes were 540.2% and 36.7%, respectively, and the charge-discharge rate increased from 0.5 Ag to 5 Ag. Compared with the unadulterated MnO2, the electrical conductivity and the specific capacity of the electrode are increased by 36%. In different concentration of Na2SO4 electrolyte, the specific capacitance of Mn-MnVFe oxides can reach 253.4 F / g at the concentration of 0.5 mol/L when the scanning rate is 1A/g.
【學(xué)位授予單位】：南昌航空大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TQ137.12;TB383.1

【共引文獻(xiàn)】

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本文編號：1853370