本文關(guān)鍵詞： 氧化錳 超級電容器 摻雜 復(fù)合 剝離　出處：《北京科技大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：影響一種贗電容材料電化學(xué)性能的因素有很多,合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計和有針對性的解決方案一定是納米材料取得突破的關(guān)鍵。較寬的電勢窗口、廉價的原料以及優(yōu)秀的理論比電容使氧化錳基的電極材料成為了超級電容器領(lǐng)域人們關(guān)注的焦點。而在經(jīng)歷了一系列石墨烯/MnO_2復(fù)合結(jié)構(gòu)的熱潮之后,氧化錳材料似乎遇到了瓶頸。當(dāng)前這種材料在贗電容的儲能機理以及離子/電荷的交換傳遞過程仍然存在較大的爭議。基于氧化錳材料的本質(zhì)特征和潛在應(yīng)用,本論文提出了一系列新的解決思路,對氧化錳電極材料的電化學(xué)性能進(jìn)行了有效地改進(jìn)與提高。具體為：(1)利用Fe~(3+)對α-MnO_2納米線進(jìn)行了一系列的摻雜,在有效改善材料電導(dǎo)率的同時,晶體結(jié)構(gòu)與形貌的變化使得材料的贗電容等性能獲得了大幅度地提升。在雜質(zhì)原子和酸蝕環(huán)境的共同作用下,獨特的三相共存晶體結(jié)構(gòu)的設(shè)計被認(rèn)為有效地鏈接和疏通了電解質(zhì)離子的傳遞通道,使得摻雜產(chǎn)物獲得了高于純MnO_2樣品數(shù)倍的比電容值,以及2000次循環(huán)電容無衰減的優(yōu)異性能。(2)利用一步法水熱法成功制備了泡沫鎳支撐的多級MnO_2/Ni(OH)_2納米片復(fù)合結(jié)構(gòu)薄膜。在這種由極薄的納米片自組裝構(gòu)成的多孔復(fù)合結(jié)構(gòu)中,高度導(dǎo)電的泡沫鎳襯底提供了快速的電子傳遞通道,多級的MnO_2/Ni(OH)_2網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)則確保了離子的擴散速率和活性材料的充分利用。優(yōu)異的協(xié)同效應(yīng)使得該電極具備了極高的比電容值與倍率特性。(3)利用經(jīng)典的葡萄糖碳化的方式首次在泡沫銅上制備了獨特的層狀不定形碳模板。基于該模板在水熱條件下與KMnO_4溶液發(fā)生的氧化還原反應(yīng),獲得了由單層/少層MnO_2類石墨烯納米片組裝的3D網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。亦既是用一種全新的方法實現(xiàn)了對層狀MnO_2材料的剝離。剝離后的產(chǎn)物徹底地展現(xiàn)出了MnO_2材料出色的贗電容潛力,獲得了三倍以上于普通水鈉錳礦型MnO_2納米片的比電容值。
[Abstract]:There are many factors that affect the electrochemical performance of a pseudo-capacitor material. Reasonable structure design and targeted solution must be the key to the breakthrough of nanomaterials. Cheap raw materials and excellent theoretical capacitance make manganese oxide electrode materials become the focus of attention in the field of supercapacitors, but after a series of graphene / MNO _ 2 composite structure boom. Manganese oxide material seems to meet with a bottleneck. At present, there are still a lot of controversies in the mechanism of energy storage and ion / charge exchange transfer process of this material, based on the essential characteristics and potential application of manganese oxide material. This paper puts forward a series of new solutions. The electrochemical properties of manganese oxide electrode materials have been improved and improved effectively. (1) Fe~(3) has been used to doping 偽 -MnO _ 2 nanowires. At the same time, the changes of crystal structure and morphology have greatly improved the properties of the materials, such as pseudo-capacitance, under the combined action of impurity atoms and acid etching environment. The unique design of three-phase coexisting crystal structure is considered to effectively link and dredge the transfer channel of electrolyte ions, which makes the doped product obtain the specific capacitance value several times higher than the pure MnO_2 sample. And excellent performance of 2000 cycle capacitors without attenuation.) the multistage MNO _ 2 / NiOH supported by foamed nickel was successfully prepared by one-step hydrothermal method. In this porous composite structure composed of extremely thin nanowires self-assembled. Highly conductive nickel foam substrates provide fast electron transfer channels. Multilevel MNO _ 2 / NiOH). The Ti-2 mesh structure ensures the ion diffusion rate and the full utilization of the active materials. The excellent synergistic effect enables the electrode to have extremely high specific capacitance and rate characteristics. For the first time, a unique layered amorphous carbon template was prepared on copper foam by classical glucose carbonization. Based on the redox reaction between the template and KMnO_4 solution under hydrothermal conditions. A 3D mesh structure composed of monolayer / little layer MnO_2 graphene nanochips has been obtained. The delamination of layered MnO_2 materials has also been realized by a new method. The excellent pseudo-capacitance potential of MnO_2 materials is obtained. The specific capacitance of the MnO_2 nanocrystalline is more than three times that of the ordinary sodium manganite.
【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TM53

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本文編號：1466429