纳米氧化锰/聚邻苯二胺复合物的制备及其在超级电容器的应用

摘要

本论文主要设计并合成了氧化锰纳米线/聚邻苯二胺复合物材料，并将其应用于超级电容器。主要包括以下几个部分:
　　1.采用不同的方法分别制备了二氧化锰纳米线以及二氧化锰纳米颗粒两种不同形态的纳米二氧化锰，通过在纳米二氧化锰材料上负载聚邻苯二胺，并对其进行高温处理来获得氧化锰的改性材料。实验通过透射电镜、X-射线晶体衍射、循环伏安方法对材料的形貌、晶型和电化学性质进行了详细表征。考察了水热反应温度对二氧化锰纳米线电化学性能的影响，考察了不同形貌的纳米二氧化锰在负载聚邻苯二胺的过程中所发生的空间分布上的变化，考察了聚邻苯二胺的负载时间对不同形貌纳米二氧化锰电化学性能的影响。确定180℃为水热法制备二氧化锰纳米线的温度，确定形貌为纳米线的二氧化锰在负载聚邻苯二胺的过程中能取得更合理的立体结构以及更大的比电容，确定3h为适合的负载时间。
　　2.以二氧化锰纳米线为模板在其上负载聚邻苯二胺，经高温处理得到氧化锰纳米线/聚邻苯二胺复合材料。通过X-射线晶体衍射、红外光谱技术、热重分析、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、光电子能谱技术、BET-比表面分析、固体电导率测试等方法对材料的形貌、结构、分子组成、比表面积、孔径分布、电导率变化等多方面进行了详细的分析。氧化锰纳米线/聚邻苯二胺复合材料具有更好的导电性(4.167×10-3S cm-1)，更高的比表面积87 m2 g-1以及合适的孔径分布（～3.7 nm）。
　　3.以泡沫镍为集流体，将各热处理温度的材料制成工作电极，分别用循环伏安法、恒电流充放电测试和交流阻抗测试对材料的电化学性能、比电容以及稳定性进行测试。实验发现，随着热处理温度的增加，比电容不断增加在650℃达到269.40 F g-1的最大值，而且具有良好的充放电性能。将氧化锰纳米线/聚邻苯二胺复合材料与二氧化锰纳米线以及二氧化锰纳米线/活性炭复合物进行比较，发现氧化锰纳米线/聚邻苯二胺复合材料具有更好的可逆性，更大的比电容以及更高的功率密度和能量密度。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 超级电容器的概述

1．2．1 超级电容器的发展概述

1．2．2 超级电容器的发展现状

1．2．3 超级电容器的主要结构和工作原理

1．2．4 各种超级电容器的优势和局限性

1．2．5 超级电容置的发展趋势和面临的挑战

1．3 氧化锰超级电容器最近的研究情况

1．3．1 氧化锰做电容器材料的反应机理

1．3．2 氯化锰电极材料的进展

1．3．3 氯化锰复合电极的进展

1．4 聚邻苯二胺作为超级电容器电极材料的研究进展

1．4．1 聚邻苯二胺的合成方法

1．4．2 聚邻苯二胺在超级电容器方向的应用

1．5 本文研究内容

第二章 实验技术与表征方法

2．1 样品的表征

2．1．1 扫描电镜(SEM)分析

2．1．2 透射电子显微镜(TEM)分析

2．1．2 X射线衍射(XRD)分析

2．1．3 热重分析

2．1．4 红外光谱分析

2．1．5 X射线电子能谱(XPS)

2．1．6 比表面积及孔径结构分析

2．2 电化学测试

2．2．1 循环伏安测试

2．2．2 恒电流充放电测试

2．2．3 电化学阻抗谱测试

2．2．4 固体电导率测试

第三章 纳米二氧化锰的合成及改性

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 化学试剂

3．2．2 不同形态纳米二氧化锰的制备

3．2．3 纳米氧化锰/聚邻苯二胺复合材料的制备

3．2．4 电极的制备

3．2．5 电化学测试

3．2．6 分析仪器

3．3 实验结果与讨论

3．3．1 不同形态二氧化锰的形貌及电化学性能分析

3．3．2 不同形态二氯化锰/聚邻苯二胺复合物的形貌及电化学性能分析

3．4 本章小结

第四章 氧化锰纳米线/邻苯二胺复合材料的表征和分析

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 化学试剂

4．2．2 氧中化锰纳米线／邻苯二胺复合材料的制备

4．2．3 分析仪器

4．3 实验结果与讨论

4．3．1 形貌分析

4．3．2 XRD分析

4．3．3 比表面及孔径分析

4．3．4 固体电导率分析

4．3．5 红外光谱分析

4．3．6 XPS分析

4．3．7 热重分析

4．4 本章小结

第五章 氧化锰纳米线／邻苯二胺复合材料在超级电容器中的应用

5．1 引言

5．2 实验部分

5．2．1 化学试剂

5．2．2 电化学实验

5．2．3 分析仪器

5．3 实验结果与讨论

5．3．1 循环伏安测试

5．3．2 充放电测试

5．3．3 阻抗测试

5．4 MnO@PoPd与其他二氧化锰复合材料的比较

5．5 本章小结

第六章 结论

参考文献

作者简介

致谢