锰氧化物的合成和电化学性能研究

论文摘要

具有独特性能的过渡金属锰氧化物因其价格低廉、无毒、良好的电化学性能且环境友好而倍受关注。氧化锰由于具有非常独特的物理和化学性质,它在催化、离子交换、分子吸附和生物传感器等领域被广泛应用,尤其用作储能材料。锰氧化物的结构、性质和形貌对反应路线十分敏感,而电池的工作性能不仅与锰的氧化态有关而且与氧化锰的结构、颗粒大小和形貌均有关,因此对氧化锰的合成做了研究。本论文主要合成不同晶型和形貌的锰氧化物,并对产物的电化学性能进行测试。主要研究内容如下:1.室温下,以高锰酸钾为锰源,在不同浓度盐酸溶液中合成了球形α-,γ-,δ-MnO2。盐酸浓度对产物晶型、形貌和电化学性能产生重要影响。当盐酸浓度为4%时,MnO2为分布均匀的纳米刺球,首次放电比容量可以达到172 mAh g-1,充放电循环50周后,比容量仍达到100 mAh g-1。2.探索了离子掺杂对室温下硫酸体系中二氧化锰合成的影响。采用SEM对产物进行形貌的表征。结果表明,掺杂后产物的形貌和电化学性能均发生了较大的变化,离子掺杂对二氧化锰电化学性能的改善有明显的作用。3.以微乳液体系做为反应介质,通过水热法合成了Mn2O3纳米颗粒。考察了所制备的三氧化锰的结构、形貌及充放电性能。结果表明,首次放电比容量值达到432 mAh g-1。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 二氧化锰的结构特征及分类
• 1.1.1 二氧化锰按照晶形分类的研究现状
• 1.1.2 不同晶形二氧化锰的电化学性能研究现状
• 1.2 不同锰源合成二氧化锰的研究进展
• 1.2.1 二价锰离子氧化法
• 1.2.2 高锰酸钾还原法
• 1.2.3 二氧化锰前体水热转化
• 1.3 二氧化锰合成方法的研究进展
• 1.3.1 固相合成法
• 1.3.2 水热合成法
• 1.3.3 微乳液法
• 1.3.4 溶胶-凝胶法
• 1.3.5 模板法
• 1.3.6 热分解法
• 1.4 不同晶型及形态二氧化锰的形成机理及可控合成研究现状
• 1.4.1 反应时间和温度对产物晶型影响的研究现状
• 1.4.2 反应体系酸碱度对产物晶型影响的研究现状
• 1.4.3 反应体系中阳离子种类及浓度对产物晶型影响的研究现状
• 1.4.4 反应体系中阴离子种类及浓度对产物晶型影响的研究现状
• 1.4.5 反应条件对二氧化锰形貌的研究现状
• 1.5 二氧化锰电极的电化学反应机理
• 1.5.1 二氧化锰初级还原过程——MnOOH（水锰石）的形成过程
• 1.5.2 二氧化锰次级还原过程——MnOOH的转移过程
• 1.6 二氧化锰掺杂改性的研究现状
• 1.6.1 化学掺杂对产物晶型和形貌影响的研究现状
• 1.6.2 化学掺杂对产物电化学性能影响的研究现状
• 1.7 三氧化二锰的研究现状
• 1.8 本论文的主要研究内容
• 第2章 室温下二氧化锰刺球的合成及其电化学性能研究
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 实验试剂
• 2.1.2 实验仪器
• 2O₃ 的制备'>2.1.3 Mn₂O₃的制备
• 2O₃ 的结构及形貌表征'>2.1.4 Mn₂O₃的结构及形貌表征
• 2.1.5 充放电性能的测定
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 合成样品的结构分析
• 2.2.2 合成样品的的SEM表征
• 2.2.3 产物电化学性能研究
• 2.3 结论
• 第3章 室温下硫酸体系中制备二氧化锰及掺杂
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 实验试剂
• 3.1.2 实验仪器
• 2O₃ 的合成'>3.1.3 Mn₂O₃的合成
• 3.1.4 充放电性能的测定
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 硫酸体系中样品的SEM表征
• 3.2.2 铁离子掺杂样品的SEM表征
• 3.2.3 银离子掺杂样品的SEM表征
• 3.2.4 未掺杂时产物电化学性能测试
• 3+时产物首次放电比容量'>3.2.5 硫酸体系掺杂不同浓度Fe³⁺时产物首次放电比容量
• +时产物首次放电比容量'>3.2.6 硫酸体系掺杂不同浓度Ag⁺时产物首次放电比容量
• 3.2.7 充放电循环
• 3.3 结论
• 第4章 三氧化二锰在微乳体系中的合成
• 4.1 实验部分
• 4.1.1 实验试剂
• 4.1.2 实验仪器
• 4.1.3 材料的制备
• 4.1.4 材料的结构及形貌表征
• 4.1.5 充放电性能的测定
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 合成样品的结构分析
• 2O₃ 样品的红外图谱'>4.2.2 Mn₂O₃样品的红外图谱
• 4.2.3 合成样品的SEM表征
• 4.2.4 产物的电化学性能研究
• 4.3 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间的研究成果