锌锰氧化物微纳结构的制备及其电化学性质研究

作     者：王舒晴 

作者单位：青岛大学 

学位级别：硕士

导师姓名：郭培志

授予年度：2020年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 07[理学] 08[工学] 070205[理学-凝聚态物理] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0702[理学-物理学] 

主      题：锌锰氧化物 纳米材料 直接滴定法 相转化 超级电容器 

摘      要：超级电容器因其快速充放电,长循环性能,环保友好等特点成为能源领域研究的热门,而尖晶石型锌锰氧化物材料作为一种复合过渡金属氧化物有着其独特的性质,良好的安全性、低成本、环保等优点使其在光催化剂、气体传感器、电池电极材料等领域得到了广泛的研究,但在超级电容器电极材料方面的研究以及工业量产化方面还不够深入。本文通过三种不同的合成方法制备锌锰氧化物微纳米结构,分别研究其超级电容器电化学性能以及煅烧温度对形貌及性能的影响,同时探究带结晶水的ZnMnO?HO在水系电解液中存在尖晶石相向层状相的转变从而提高了其电化学性能,主要工作内容如下:(1)室温下,使用KOH溶液共沉淀法制备了带结晶水的尖晶石相ZnMnO?HO纳米颗粒(ZnMn-NPs),电化学数据表明,ZnMn-NPs在电压窗口0-1.2V的循环伏安测试下可以从尖晶石相转变成层状的δ-MnO基复合纳米片,在MgSO和NaSO电解质溶液中,0.1 A?g电流密度下的电容分别高达327 F?g和182 F·g,表现出优异的电化学性能。(2)继续探究不同温度煅烧得到的样品在高电势窗口循环伏安测试下尖晶石相-层相转化的现象,煅烧温度为400oC、600oC和800oC所得样品的结晶尺寸从ZnMn-NPs的14.1 nm,分别变为32.5 nm,34.7 nm和38.5 nm。发现在800oC的煅烧条件下得到较纯的大结晶尺寸的ZnMnO颗粒,在相同条件下几乎看不到同样的相转变,电化学性能测试发现,在相同条件下MgSO电解质溶液中0.1 A?g电流密度下显示出较小的电容值为71.8 F?g,但具有优异的循环稳定性。(3)采用常温一步氨水共沉淀法和溶剂热法两种方法制备ZnMnO纳米材料,比较两种合成方法的形貌及性能等方面的不同,测试结果表明,氨水体系共沉淀法制备ZnMnO在MgSO和NaSO电解质溶液中,0.1 A?g电流密度下的电容分别高达444 F?g和251 F·g,溶剂热法制备的ZnMnO在MgSO电解质溶液中的电容为182 F·g,前者有着更优异的比电容,制备方法也更简易,为进一步提高超电性能提供研究基础。