基本信息
- 項目名稱：
- 鋸屑天然模板法合成γ－MnO2 及其電容性能的研究
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 自然科學類學術論文
- 簡介：
- 以鋸屑為模板，結合溶膠-凝膠法合成了γ－MnO2納米棒。借助XRD、FT-IR和TEM等對產(chǎn)物成分、晶型結構，形貌大小等進行分析，并對它們的形成機理做了初步探討。X-射線衍射測試結果證實所得樣品分別為γ-MnO2 納米棒。透射電鏡試結果表明所得棒狀γ-MnO2 納米棒平均直徑為10nm 左右，平均長度約為150nm。樣品的分散性都較好，不存在著明顯的團聚。
- 詳細介紹：
- 本文首次以鋸屑為模板，結合溶膠-凝膠法合成了γ－MnO2納米棒。借助X-射線衍射測試（XRD）、紅外光譜測試（FT-IR）和透射電鏡（TEM）等對產(chǎn)物成分、晶型結構，形貌大小等進行分析，并對它們的形成機理做了初步探討。X-射線衍射測試結果證實所得樣品分別為γ-MnO2 納米棒。紅外光譜測試進一步證明所制備的樣品為MnO2。透射電鏡試結果表明所得棒狀γ-MnO2 納米棒平均直徑為10nm 左右，平均長度約為150nm。樣品的分散性都較好，不存在著明顯的團聚。
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作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 一維納米材料的制備以及性能的研究是當今納米材料研究的重要領域，尋找一種反應條件溫和，易于操作，簡單方便的方法來制備一維納米材料是極其重要的。納米MnO2材料是制做超級電容器的理想材料之一，特別是準一維納米MnO2 材料因其具有更多的活性點，更適宜做超級電容器的材料。 可見，利用鋸屑天然模板獨特的多孔結構和介孔結構, 設計、制備結構和功能獨特的新材料是一種制備簡便、方法新穎而且環(huán)保的材料合成方法。
科學性、先進性及獨特之處
- 鋸屑屬于廢棄的天然木材殘料，來源豐富, 廉價易得。更重要的是鋸屑屬于可再生的天然多孔性材料，其優(yōu)異的結構形態(tài)為特殊形貌的納米MnO2 的成型提供了骨架，而且在高溫下鋸屑的主要成分炭可與空氣中的氧氣作用放出H2O和CO2，所以它們還同時具有易脫除且脫除后無污染的優(yōu)點，表現(xiàn)出了優(yōu)良的限域反應模板作用。
應用價值和現(xiàn)實意義
- 采用鋸屑模板輔助合成 MnO2 納米棒的新方法合成目標產(chǎn)物，并對所得納米材料的超級電容特性進行初步研究。這為尋求理想的超級電容器活性材料，為能源的充分有效利用提供理論依據(jù)及實踐基礎。 該項目擬用的合成方法的應用對模板合成法的完善以及該制備方法的拓展應用具有推動作用。提供一種有效、易于規(guī)模化合成多品種超細結構的方法，對于加快納米產(chǎn)品的實用化過程具有較強的指導意義和應用價值。
學術論文摘要
- 本文首次以鋸屑為模板，結合溶膠-凝膠法合成了γ－MnO2納米棒。借助X-射線衍射測試（XRD）、紅外光譜測試（FT-IR）和透射電鏡（TEM）等對產(chǎn)物成分、晶型結構，形貌大小等進行分析，并對它們的形成機理做了初步探討。X-射線衍射測試結果證實所得樣品分別為γ-MnO2 納米棒。紅外光譜測試進一步證明所制備的樣品為MnO2。透射電鏡試結果表明所得棒狀γ-MnO2 納米棒平均直徑為10nm 左右，平均長度約為150nm。樣品的分散性都較好，不存在著明顯的團聚。
獲獎情況
- 無
鑒定結果
- 推薦一等獎
參考文獻
- 1、張立德，牟季美．納米材料與納米結構[M]，北京：科學出版社，2002， 14-16． 2、Martin C. R. Nanomaterials:A membrane-based synthetic approach[J.].Science, 1994, 26(6):1961- 1966. 3、Xia Y., Yang P., Sun Y., et al. One-Dimensional Nanostructures, Synthesis, Characterization and Applications[J]. Adv.Mater ,2003, 15:353-389. 4、湯宏偉，王蔣亮，常照榮，等．溶膠-凝膠模板法制備氧化鎳納米線[J]．表面技術，2007，36(4)：15-19． 5、張春霞,陳野,舒暢,等．熔鹽法制備λ-MnO2及其超級電容性能[J]．精細化工,2007,25(2):67-70． 6、劉獻明，張校剛，包淑娟，等．摻鈷MnO2電極的電化學電容行為研究．功能材料與器件學報．003，9(3)：267-271． 7、M.Toupin, T.Brousse,Be1anger D.Influence of Microstructure on the Charge Storage Properties of Chemically Synthesized Manganese Dioxide [J].Chem Mater,2002,14(9):3946-3952. 8、汪形艷，王先友，黃偉國．溶膠-凝膠模板法合成MnO2納米線[J].材料科學與工程學報，2005,23(1)：113-115． 9、張治安，楊邦朝，鄧梅根，等．超級電容器納米氧化錳電極材料的合成與表征[J]．化學學報，2004，62(17):1614-1620．
同類課題研究水平概述
- 目前，對超級電容器的研究主要集中于研制各種具有高比容量及性價比高的活性材料。Ru和Ir等貴金屬氧化物電極材料的比容量很高(Hu and Chen, 2004;Wataru et al, 2004)，顯示出巨大的應用潛力，但昂貴的價格限制了它們的商業(yè)應用。因此，尋找價廉且電容性能優(yōu)良的替代型氧化物成為超級電容器應用和發(fā)展的關鍵問題。MnO2由于成本低廉、資源豐富、對環(huán)境友好、電化學性能良好而備受關注（Lee et al, 1999；Pang et al,2000；Toupin et al, 2002；Toupin et al,2004）。納米級MnO2的結構、形態(tài)、尺寸對其電化學性能有顯著影響( Toupin et al,2002；Ma et al,2007；Machefaux et al,2007)，為了獲得更多結構新穎、性能優(yōu)越的MnO2，人們不斷地探索各種特殊納米結構MnO2的合成方法。Wu等(Wu et al,2005)用電沉積法制備了MnO2納米線，其電容量達到了350 F?g-1。Chen等(2005)用高粘度化學沉淀得到了棒狀α-MnO2和?-MnO2的混晶，最大比容量高達398 F?g-1。Subramanian(2005，2006)、袁中直(2004)以及Chen(2005)等利用水熱法合成了MnO2納米棒或納米線，電化學分析表明所得一維納米樣品具有優(yōu)良的超級電容器性能。此外，Li等(2006)通過水熱法合成了蘭花狀的MnO2，在1mol?L-1的(NH4)2SO4電解液中具有較好的電容特征。亓淑艷等(2008)采用水熱法合成了海膽球形和單相納米線形MnO2，并證明兩種形貌的MnO2在2mol?L-1的(NH4)2SO4電解液中的比容量分別為244 F?g-1、159 F?g-1。Wang等(2005)用AAO模板法合成了MnO2納米線，循環(huán)伏安實驗結果表明MnO2納米線在2mol?L-1的(NH4)2SO4電解液中的比容量達165 F?g-1。Xue等(2006)用模板電沉積法合成具有優(yōu)良電容器性能的無定型MnO2納米線?？梢?，具有特殊納米結構MnO2的合成主要集中于水熱法和模板法。
