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基本信息

項目名稱：
簡單方法合成gamma-MnOOH納米棒及其電化學(xué)電容性質(zhì)
小類：
能源化工
簡介：
作品介紹一種簡單制備gamma-MnOOH單晶納米棒的方法，并研究合成條件對產(chǎn)物形貌的影響，并提出其可能生長機理。在此基礎(chǔ)上，以gamma-MnOOH納米棒為電活性材料制作超級電容器電極，用循環(huán)伏安法和恒電流充放電技術(shù)研究該電極的電化學(xué)電容性質(zhì)。
詳細(xì)介紹：
作品以高錳酸鉀為錳源，N, N-二甲基甲酰胺(DMF)為溶劑，在無模板和表面活性劑的條件下，通過簡單的溶劑熱法成功地合成了長度達幾百納米的gamma-MnOOH單晶納米棒。用X-射線衍射(XRD)、透射電鏡(TEM)、高分辨透射電鏡(HRTEM)和傅立葉變換紅外光譜(FTIR)對產(chǎn)品進行了表征。研究了溫度、時間等反應(yīng)條件對產(chǎn)物形貌的影響，并提出了其可能生長機理。在此基礎(chǔ)上，通過循環(huán)伏安和恒電流充放電法研究了gamma-MnOOH納米棒的電化學(xué)電容性質(zhì)。在0.5 A/g電流密度下，根據(jù)恒電流放電曲線計算出gamma-MnOOH納米棒的比電容為131.9 F/g。電化學(xué)實驗結(jié)果表明，gamma-MnOOH納米棒具有優(yōu)異的電化學(xué)性能，是超級電容器的候選電極材料之一。

作品圖片

  • 簡單方法合成gamma-MnOOH納米棒及其電化學(xué)電容性質(zhì)
  • 簡單方法合成gamma-MnOOH納米棒及其電化學(xué)電容性質(zhì)
  • 簡單方法合成gamma-MnOOH納米棒及其電化學(xué)電容性質(zhì)

作品專業(yè)信息

撰寫目的和基本思路

介紹一種簡單制備gamma-MnOOH單晶納米棒的方法，并研究合成條件對產(chǎn)物形貌的影響，并提出其可能生長機理。在此基礎(chǔ)上，以gamma-MnOOH納米棒為電活性材料制作超級電容器電極，用循環(huán)伏安法和恒電流充放電技術(shù)研究該電極的電化學(xué)電容性質(zhì)。

科學(xué)性、先進性及獨特之處

1)gamma-MnOOH納米棒的制備方法簡單、操作簡便，產(chǎn)物純度高。 2)合成過程中不使用任何添加劑或模板，也不需外加還原劑。 3)合成過程中僅使用2種原料，且能實現(xiàn)gamma-MnOOH形貌的準(zhǔn)確控制。 4)gamma-MnOOH納米棒具有較好的電化學(xué)電容性質(zhì)，是一種優(yōu)良的超級電容器候選電極材料。

應(yīng)用價值和現(xiàn)實意義

作品提供的gamma-MnOOH單晶納米棒的制備方法無需模板、表面活性劑以及外加還原劑，產(chǎn)物純度高，粒徑分布均勻，工藝簡單，操作簡便，條件溫和，適于工業(yè)化生產(chǎn)。gamma-MnOOH納米棒具有良好的電化學(xué)電容性質(zhì)，為其在超級電容器中的應(yīng)用奠定一定的理論基礎(chǔ)。

學(xué)術(shù)論文摘要

以KMnO4為錳源，N, N-二甲基甲酰胺(DMF)為溶劑，在無模板和表面活性劑的條件下，通過簡單的溶劑熱法成功地合成了長度達幾百納米的gmma-MnOOH單晶納米棒。用X-射線衍射(XRD)、透射電鏡(TEM)、高分辨透射電鏡(HRTEM)和傅立葉變換紅外光譜(FTIR)對產(chǎn)品進行了表征。通過循環(huán)伏安和恒電流充放電法研究了gamma-MnOOH納米棒的電化學(xué)電容性質(zhì)。在0.5 A/g電流密度下，根據(jù)恒電流放電曲線計算出gamma-MnOOH納米棒的比電容為131.9 F/g。電化學(xué)實驗結(jié)果表明，gamma-MnOOH納米棒具有優(yōu)異的電化學(xué)性能，是超級電容器的候選電極材料之一。

獲獎情況

1) 2011年"A facile route to growth of gamma-MnOOH nanorods and electrochemical capacitance properties," 發(fā)表于J Colloid Interf Sci, 2011, 357 (2): 286-291. (影響因子：3.057) 2) 2010年7月申請專利：制備MnOOH納米棒的方法，申請?zhí)枺?01010218620.4，公開號：CN 101851008 A 3) 2010年12月申請專利：堿式氧化錳納米棒的制備方法，申請?zhí)枺?01010603528.X

鑒定結(jié)果

無

參考文獻

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同類課題研究水平概述

作為化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)榫G色電能裝置的新型化學(xué)電源，超級電容器在能量轉(zhuǎn)換和存儲中的作用顯得越來越重要。與目前廣泛使用的各種儲能器件相比，超級電容器電荷存儲能力遠高于物理電容器，充放電速度和效率又優(yōu)于一次或二次電池，充放電循環(huán)次數(shù)可達10萬次以上，并且免維護。此外，超級電容器還具有對環(huán)境無污染、使用溫度范圍寬、安全性高等特點。超級電容器一經(jīng)問世便受到人們的廣泛關(guān)注，已在很多領(lǐng)域得到成功的應(yīng)用。 超級電容器的主要性能指標(biāo)由組成超級電容器的電極材料和電解質(zhì)決定，因此電極料的制備及其性能研究是超級電容器研究的重點。作為超級電容器的電極材料，不僅要求高的比容量，而且還應(yīng)有較低的內(nèi)電阻，以滿足大電流快速充放電的要求。同時，電極材料必須容易在電極/電解質(zhì)界面上形成雙電層電容或法拉第贗電容，并具有適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)和力學(xué)穩(wěn)定性與良好的電子和離子導(dǎo)電性。最常用的電極材料有炭材料、金屬氧化物材料、導(dǎo)電聚合物以及各種復(fù)合材料。雙電層電容器的電極材料主要為炭材料。其缺點是電阻較大，在較大工作電流下工作較困難。法拉第贗電容器主要材料是多價態(tài)過渡金屬氧化物，水合二氧化釕在硫酸電解質(zhì)中比容量可達到720 F/g，但昂貴的價格和毒性限制了它的商品化。因此價格低廉的電極材料引起了人們的廣泛關(guān)注。導(dǎo)電聚合物是一類重要的超級電容器電極材料, 其電容主要來自于法拉第準(zhǔn)電容。目前應(yīng)用于超級電容器的導(dǎo)電聚合物主要有聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩等。導(dǎo)電聚合物超級電容器電極的優(yōu)點是，可通過設(shè)計聚合物的結(jié)構(gòu)，優(yōu)選聚合物的匹配性，來提高電容器的整體性能。但導(dǎo)電聚合物電極材料存在品種少、直接用導(dǎo)電有機聚合物作電化學(xué)電容器電極材料電容器內(nèi)電阻較大等缺點。近年來，一些廉價的金屬氧化物逐漸受到人們的關(guān)注。過渡金屬氧化物相對于碳材料具有很高的比電容，有著良好的電化學(xué)性能，尤其是納米級別的過渡金屬氧化物，作為超級電容器電極材料有著良好的電化學(xué)性能。 國內(nèi)外已有不少文獻報道了用化學(xué)沉淀法、固相法、溶膠-凝膠法、電沉積法、熔鹽法、水熱合成法合成各種超級電容器電極材料，但在這些合成方法中大部分需要用到模板和表面活性劑，有些方法操作條件苛刻、步驟繁瑣，這樣勢必給產(chǎn)物的后處理帶來麻煩，也不利于實現(xiàn)工業(yè)化。電極材料的研究趨勢在于尋找工藝簡單、控制方便，易于工業(yè)化生產(chǎn)的合成方法，獲取比電容盡可能高、電阻率較小的電極材料。
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