聚苯胺/纳米二氧化锰复合膜制备及在超级电容器中的应用

摘要

本文通过无机盐水溶液法合成纳米二氧化锰，再经高温焙烧和酸化处理后，获得了棒状的纳米二氧化锰。采用激光纳米粒度分析、透射电镜(TEM)观测、粉末X射线衍射(XRD)分析等手段表征产物。XRD分析结果表明，二氧化锰以α-MnO2和γ-MnO2混合晶相形式存在。
　　 采用硅烷偶联剂——苯胺甲基三乙氧基硅烷(ND42)，对纳米二氧化锰进行表面修饰改性。醇、水多次超声清洗后的偶联修饰纳米粉ND-MnO2的红外谱图上出现了ND42及MnO2的特征吸收峰。
　　 采用循环伏安法电化学共沉积制备聚苯胺/纳米二氧化锰(PAn/MnO2)复合膜、及聚苯胺/偶联纳米二氧化锰(PAn/ND-MnO2)复合膜。在0.5mol·L-1硫酸溶液中的循环伏安(CV)检测结果表明，复合膜PAn/MnO2和PAn/ND-MnO2均表现出PAn的典型电化学行为。根据在1.0mol·L-1 NaNO3(pH=1)溶液中进行的恒电流充放电(CP)实验结果，PAn/MnO2及PAn/ND-MnO2的比电容与PAn相比有显著提高。通过扫描电镜(SEM)观测，复合膜和聚苯胺的微观形貌均为“珊瑚簇”状，而且复合膜中“小珊瑚棒”的直径只有聚苯胺的1/5，从而使复合膜拥有更大的比表面积和更多的微小孔道，有利于发生表面吸脱附反应和氧化还原反应来提高比电容。
　　 分别以复合膜PAn/MnO2、PAn/ND-MnO2为电极，以1mol·L-1 NaNO3(pH=1)溶液为电解液，组装了对称型超级电容器Ⅰ（PAn/MnO2对称型超级电容器）及Ⅱ（PAn/ND-MnO2对称型超级电容器）。CV与CP实验结果表明，超级电容器Ⅰ、Ⅱ具有较好的功率特性和循环寿命。

目录

文摘

英文文摘

第一章 前言

1.1 超级电容器

1.1.1 超级电容器的优点及应用

1.1.2 超级电容器的工作原理

1.1.3 超级电容器的电极材料

1.2 聚苯胺/无机纳米粒子复合电极材料

1.2.1 聚苯胺电极材料

1.2.2 无机纳米粒子复合电极材料

1.2.3 聚苯胺/无机纳米粒子复合材料的制备

1.3 本论文工作

第二章 实验部分

2.1 实验体系

2.2 实验装置

2.3 化学试剂

2.4 实验步骤

2.4.1 纳米二氧化锰的制备

2.4.2 纳米二氧化锰的表面修饰

2.4.3 纳米二氧化锰/聚苯胺复合膜的制备

2.4.4 电化学活性测试

2.4.5 电容性能测试

2.4.6 理化表征

第三章 结果与讨论

3.1 纳米二氧化锰的制备

3.1.1 高温焙烧和酸化处理对MnO2粒度的影响

3.1.3 TEM分析

3.1.4 XRD分析

3.2 纳米二氧化锰的表面修饰

3.3 聚苯胺/纳米二氧化锰电化学复合

3.3.1 电化学活性研究

3.3.2 复合膜电容性能研究

3.3.3 循环寿命研究

3.3.4 SEM分析

3.4 对称型超级电容器组装

3.4.1 对称型超级电容器电容性能研究

3.4.2 对称型超级电容器循环寿命研究

第四章 结论

参考文献

致谢