MnO_（2）/CNTs复合材料的比表面积和负载量对超级电容器性能的影响

以多壁碳纳米管(CNTs)和高锰酸钾(KMnO_4)为原料,制备了MnO_2含量不同的MnO_2/CNTs复合材料。利用场发射扫描电镜和透射电镜观察了材料形貌的变化;利用氮气等温吸附研究了MnO_2含量对复合材料的比表面积和孔容的影响;并对复合材料进行了电化学性质测试。结果发现,MnO_2含量对复合材料的纤维直径、片层厚度及比表面积的影响显著;当KMnO_4的质量是碳纳米管的10倍时,所得复合材料的电容性能最优,比电容最高可达199F/g,归一化后MnO_2比电容最高可达255F/g。研究表明,当优化电极材料性质时,更大范围内的金属氧化物含量可能会影响到复合物的微观结构。

5%Ag掺杂对MNO_(2)纳米棒和海胆微球形貌及其甲苯氧化性能的影响

采用水热法制备了MNO_(2)纳米棒和海胆微球,并原位掺杂5%Ag制备了Mn-Ag复合氧化物,利用SEM、XRD、BET、Raman等表征技术对其结构进行表征,并考察不同催化剂对甲苯的去除性能。结果表明:(NH_(4))_(2)S_(2)O_(8)的掺入量会对MNO_(2)的形貌产生影响,当其掺入量为2.28 g时,形成MNO_(2)纳米棒,当其掺入量为6.84 g时,形成MNO_(2)海胆微球;MNO_(2)纳米棒掺杂5%的Ag后,形貌未发生变化,但当MNO_(2)海胆微球掺杂5%Ag时,表面的纳米线较MNO_(2)海胆微球有所增长,且出现了缠绕现象,形成了空心鸟巢状结构;5%Ag掺杂后,对MNO_(2)纳米棒和MNO_(2)海胆微球的晶型未产生影响,均为α-MNO_(2),但5%Ag-MNO_(2)纳米棒出现了Mn2O_(3)的衍射峰;MNO_(2)海胆微球较MNO_(2)纳米棒的比表面积、孔径和孔容均增大,且Ag的掺杂进一步提高了MNO_(2)海胆微球的比表面积、孔径和孔容;MNO_(2)海胆微球比MNO_(2)纳米棒具有更好的甲苯去除性能,且5%Ag掺杂后,MNO_(2)海胆微球对甲苯的去除性能达到最好。

多孔MnO_(2)-Fe_(3)O_(4)壳聚糖微球用于增强类Fenton降解染料废水的研究

将壳聚糖与金属盐混合溶液滴入碱性溶液中,采用一步法制备了金属壳聚糖微球(MnO_(2)-Fe_(3)O_(4)/CS),并用于刚果红(CR)的类Fenton降解。结果表明,与单金属壳聚糖微球(MnO_(2)/CS、Fe_(3)O_(4)/CS)相比,MnO_(2)-Fe_(3)O_(4)/CS具有更好的催化活性;在最佳条件下(50 mg/L CR,pH=7,0.9 mol/L H_(2)O_(2),2.0 g/L催化剂,60 min),CR的去除率达到100%。MnO_(2)-Fe_(3)O_(4)/CS的高活性归因于其较大的比表面积和孔体积,特殊多孔结构有利于反应物的吸附/扩散和活性位点的暴露;Mn-Fe双金属之间的协同作用促进了电子传递,有效提高了催化活性。金属壳聚糖微球可以很容易地从反应体系中收集,重复使用5次后仍然保持较高催化活性(88.2%)。

水系铵离子电池β-MnO_(2)正极材料的制备及性能研究

通过简单的水热法合成了隧道型β-MnO_(2)正极材料并应用于水系铵离子电池,并采用1 mol/L(NH4)2SO4水系电解液,在窗口电压为0~1.6 V范围内,测试其电化学性能。实验结果表明:β-MnO_(2)正极材料在0.1A/g电流密度下表现出109.8 mAh/g放电比容量,经过140次循环后,其放电比容量仍有101.9 mAh/g,容量保留率为92.8%,库伦效率接近100%,具有优异的循环稳定性能。同时还具有优异的倍率性能,β-MnO_(2)纳米棒正极材料即使在1.0 A/g大电流密度下仍有78.7 mAh/g。此外,通过非原位FTIR、XPS测试探索了其储铵机理,结果表明铵根离子具有良好的可逆性。

锌电积用Pb-Ag阳极MnO_(2)镀膜的电化学性能

锌电积用Pb-Ag阳极存在析氧过电位高、表面铅易电化学氧化溶解,造成阴极电锌品质低等突出问题,如何减少阳极的溶铅污染并提升其催化析氧活性、降低反应能耗,成为亟待解决的难题。本文在Pb-Ag阳极表面电沉积一层均匀、致密的MnO_(2)薄膜,采用SEM、XRD和ICP等对MnO_(2)催化层的表面微观形貌、晶体结构和溶液含铅量进行分析;采用CV、LSV、EIS和Tafel等对Pb-Ag/MnO_(2)阳极的析氧催化活性和耐腐蚀性能进行分析。结果表明:在MnSO_(4)-H_(2)SO_(4)溶液中,当循环速率为200 mL/min、温度为80℃时,以4 mA/cm^(2)电沉积120 min制备的Pb-Ag/MnO_(2)镀膜电极具有最佳的催化析氧和耐蚀性能;PbAg阳极经优化镀膜后,50 mA/cm^(2)时其析氧过电位由936 mV降低为648 mV,腐蚀电流密度由7.03μA/cm^(2)降低至0.66μA/cm^(2);相较于Pb-Ag阳极,基于Pb-Ag/MnO_(2)阳极的15 d长周期电锌体系中溶铅量由0.61 mg/L降至0.29 mg/L。

La_(1-x)Ce_(x)MnO_(3)-Ba/Al_(2)O_(3)催化剂对NO选择性生成NH_(3)的影响

为了实现碳中和目标,降低内燃机碳排放,稀薄燃烧技术成为了当前重要的研究方向.该技术不仅能提高发动机燃油热效率,还能有效降低CO_(2)排放.但是稀薄燃烧往往会伴随着大量氮氧化物的产生,为了解决该问题,采用LNT-SCR耦合的NO_(x)净化技术,此时LNT的作用是将排气中部分NO_(x)转化为NH_(3),为下游的SCR提供还原剂.基于此,制备了LNT催化剂,研究催化剂对NO选择性生成NH_(3)的影响.采用溶胶-凝胶法制备了La_(1-x)Ce_(x)MnO_(3)系列钙钛矿氧化物,并通过分步浸渍法得到了La_(1-x)Ce_(x)MnO_(3)-Ba/Al_(2)O_(3)负载型催化剂.利用XRD、H_(2)-TPR、NO-TPD等表征手段研究了钙钛矿氧化物的晶相结构,以及负载型催化剂的还原特性、NO_(x)吸附-脱附性能等物化性质,并且通过H_(2)选择性催化还原NO实验探究了催化剂掺杂Ce对NO转化成NH_(3)的影响.结果表明,Ce掺杂催化剂具有良好的NH_(3)产物选择性,并且显著提高了NO转化率.温度是NO转化和NH_(3)产物选择性生成的决定性因素,而H_(2)和NO体积比是NO转化和NH_(3)产物选择性生成的关键性因素.其中,La_(0.95)Ce_(0.05)MnO_(3)-Ba/Al_(2)O_(3)在低温下催化活性表现最佳,在350℃、H_(2)和NO体积比为5.0时NH_(3)产物选择性为65%,NO转化率为100%.此外,所制备的La_(1-x)Ce_(x)MnO_(3)都形成了钙钛矿型结构,而且Ce掺杂催化剂的大部分Ce离子可以进入到LaMnO_(3)结构中.在催化剂适量掺杂Ce后,H_(2)消耗总面积增大、还原峰的峰值温度降低,表明掺杂Ce改善了催化剂的还原特性;同时NO吸附和脱附面积增大,表明Ce掺杂改变了催化剂的NO_(x)吸附-脱附性能.

原位生成纳米MnO_(2)胶体对Mn^(2+)的吸附机理实验研究

该文用Mn^(2+)离子与KMnO4溶液反应,得到原位生成纳米MnO_(2)胶体,用该胶体颗粒对水中Mn^(2+)离子进行吸附。对原位生成MnO_(2)胶体采用光学显微镜、能谱分析、傅立叶变换红外光谱、粒度和Zeta电位分析仪进行表征,探究了原位生成MnO_(2)胶体对Mn^(2+)离子吸附机理,考察了原位生成MnO_(2)胶体浓度、吸附温度、吸附时间以及pH对原位生成的MnO_(2)胶体对Mn^(2+)离子吸附容量的影响。结果表明,原位生成MnO_(2)胶体对Mn^(2+)离子的吸附符合Freundlich吸附模型(R^(2)>0.97),说明发生了多层次吸附,最佳吸附时间为30 min,符合伪二级动力学方程(R^(2)>0.98);低浓度原位生成的MnO_(2)胶体吸附容量相较于高浓度更大,1 mg/L原位生成的MnO_(2)胶体在25℃下吸附容量能达到2 022.19 mg/g;低温有利于原位生成的MnO_(2)胶体对Mn^(2+)离子的物理吸附,高温有利于其表面羟基与Mn^(2+)离子络合;pH=8.03时原位生成的Mn O_(2)胶体对Mn^(2+)离子的吸附容量约为p H=4.56时的4倍且表面Mn-OH和羟基增多,45 mg/L的MnO_(2)胶体吸附容量达到1 647.13 mg/g;pH=4.56和pH=8.03条件下原位生成的MnO_(2)胶体吸附Mn^(2+)离子后Zeta电势值分别为-12.6、-1.10 m V,原位生成纳米MnO_(2)胶体对水中Mn^(2+)离子的吸附实际上是物理吸附、静电吸引、表面配位的共同作用。

电积锌用Pb-Ag/MnO_(2)涂层阳极制备及电化学性能

铅银合金(Pb-Ag)是锌电积及其它冶金工艺中应用最广泛的阳极材料。随着节能环保要求的逐渐提高,由于存在过电位低和稳定性差等缺点,Pb-Ag阳极难以适用于绿色工业体系的发展。如何提升其析氧催化活性、降低能耗并提高其耐腐蚀性能,成为亟待解决的工业难题。采用恒电流电沉积法在Pb-Ag阳极上制备了纳米二氧化锰薄膜涂层,测试了阳极的组织和电化学性能。研究表明:MnO_(2)涂层表面疏松裂纹结构不仅提高了催化活性,还促进了传质过程的进行,使得Pb-Ag/MnO_(2)阳极的析氧反应活性和稳定性均优于Pb-Ag阳极。其中,Pb-Ag/MnO_(2)阳极的析氧过电位为555 mV,塔菲尔斜率为208.5 mV/dec,优于Pb-Ag阳极的析氧过电位和塔菲尔斜率。同时,Pb-Ag/MnO_(2)阳极在长周期的电解锌实验中表现出良好的析氧反应活性和耐腐蚀性能,其槽电压比Pb-Ag阳极槽电压小0.1 V左右,能耗低于Pb-Ag阳极。

喷涂法负载TiO_(2)/MnO_(2)陶瓷膜催化臭氧氧化降解染料废水

染料废水存在排放量大、色度高、COD大、可生化性差、难降解等特点,其处理存在低效高耗的问题.本研究首先通过水热法制备了TiO_(2)/MnO_(2)催化剂,对催化剂进行了XRD、XPS、SEM/EDS表征,以罗丹明B(RhB)溶液为模拟染料废水,进行了催化臭氧氧化降解RhB的性能对比研究.再通过喷涂成膜技术将TiO_(2)/MnO_(2)催化剂负载于平板式陶瓷膜表面,研制成反应性陶瓷膜(TiO_(2)/MnO_(2)-CM),自制了配套膜反应器,研究了TiO_(2)/MnO_(2)-CM水处理系统对RhB降解去除效果和水通量变化规律.结果表明,本工作成功合成了棒状和不规整球状结合的TiO_(2)/MnO_(2)催化剂,XPS结果表明存在Mn^(4+)活性中心,促进了催化臭氧活化能力.喷涂TiO_(2)/MnO_(2)催化剂后,陶瓷膜的纯水通量略有下降,12层为适宜的喷涂层数,采用TiO_(2)/MnO_(2)-CM对2 L初始浓度为20 mg·L^(−1)的RhB在臭氧浓度为2.5 g·m^(−3)条件下,反应40 min去除率可达100%,去除效率远高于空白膜,陶瓷膜负载TiO_(2)/MnO_(2)有助于提高O_(3)溶解性、加速生成·OH.本工作可为染料废水等难降解有机废水的高效低耗处理,提供新技术思路.

水热法合成MnO_(2)/SiC活化过单硫酸盐降解亚甲基蓝研究

过渡金属活化过单硫酸盐(peroxymonosulfate,PMS)降解有机污染物在高级氧化领域有着重要的应用价值。通过水热法在碳化硅(SiC)表面负载二氧化锰(MnO_(2))制备出MnO_(2)/SiC复合催化剂,用于活化PMS降解去除水体中的亚甲基蓝(methylene blue,MB)。实验结果表明:MnO_(2)以颗粒的形式均匀附着在SiC表面,MnO_(2)/SiC-PMS体系在40 min内对MB的降解效率达到99%;MnO_(2)/SiC-PMS体系还可以在较宽的pH范围内(5.0~9.0)实现对MB较高的降解效率;5 mmol/L的Cl^(−)与NO^(−)_(3)对MnO_(2)/SiC-PMS体系均无明显影响。磷酸盐与碳酸氢盐对氧化自由基具有猝灭作用,导致MnO_(2)/SiC-PMS体系对MB的降解效率下降。自由基猝灭实验表明,MnO_(2)/SiC-PMS体系中起主要作用的自由基为O_(2)^(-·)。此外,MnO_(2)/SiC具有良好的循环使用性。

MnO_(2)/MCMB复合材料的制备及其超级电容器性能的研究

为了进一步提高MnO_(2)作为超级电容器电极材料的性能,本文采用简单的一步水溶剂法将MnO_(2)与经KOH活化后的中间相炭微球(MCMB)复合,制备一系列具有赝电容储能行为的MnO_(2)/MCMB复合材料。采用XRD、Raman、XPS、SEM对其进行结构和形貌表征。结果表明,MnO_(2)/MCMB材料依然保持着MCMB的球型结构,MnO_(2)的生成影响了复合材料中MCMB的石墨化程度以及碳层间距。将MnO_(2)/MCMB复合材料组装为对称型超级电容器,测试结果表明,MnO_(2)/MCMB电极材料在1 A/g的电流密度下的质量比电容最高为844 F/g,能量密度和功率密度最高分别为32.11 W·h/kg和500 W/kg。

MXene/MnO_(2)对有机微污染物的类芬顿氧化降解效能与机理

芬顿高级氧化技术是降解有机微污染物的有效手段.过一硫酸盐(PMS)类芬顿技术因具有高效的氧化剂利用率和较宽的pH操作范围,已成为目前工业中过氧化氢芬顿技术的一种有前途的替代品.非均相催化剂能够有效活化PMS,产生多种活性自由基,从而氧化降解有机微污染物.二维过渡金属碳化物/氮化物(MXene)具有较好的电子传输效率和可调的表面官能团,是一种良好的非均相催化材料.然而,MXene的不稳定性、反应体系的自聚集作用和不明确的活性氧(ROS)生成机制极大地限制了它们在实际环境中的广泛应用.鉴于剥离的MXene中钛的高反应活性缺陷可以原位锚定过渡金属材料,本文通过氧化还原策略,将MnO_(2)纳米颗粒原位沉积在MXene纳米片上制备了MXene/MnO_(2)复合材料.X射线衍射图中(002)峰的偏移、透射电镜和电子衍射环图中交错的晶格条纹等表征结果表明,MnO_(2)纳米颗粒均匀地负载在剥离的MXene纳米片上.X射线光电子能谱证实了MXene表面钛缺陷与MnO_(2)纳米颗粒通过氧化还原作用相连接.同时,通过调整反应时间确定了18 h原位沉积制备的MXene/MnO_(2)具有最佳的产率和双酚A降解速率.此时的复合材料能够在4 min内活化PMS去除95.9%的BPA(50 mg/L),矿化效率达到了51.2%,表现出较好的催化性能.电子顺磁共振和淬灭实验结果表明,MXene/MnO_(2)活化PMS降解BPA为非自由基途径.实验观察结合密度泛函理论计算表明,大量暴露的锰位点有效吸附并活化PMS,从而促进了单线态氧的产生.通过高价Mn-oxo相直接生成1O_(2)的普遍途径具有较高的能垒(3.34 eV).相比之下,•OOH作为中间体产生1O_(2)的途径(1.84 eV)在能量上更可行.得益于MXene的快速电荷转移能力和MnO_(2)强PMS活化能力的双重优势,工程化的MXene/MnO_(2)/PVDF催化膜对京密引水渠河水中的有机微污染物表现出高效的活性和出色的长期稳定性.综上,本文通过氧化还原原位生长策略制得了MXene/MnO_(2)催化剂,并深入研究了其在类芬顿反应中催化降解有机微污染物的性能.通过实验表征和理论计算相结合的方法,揭示了该催化剂对有机微污染物的降解机理.本研究不仅为MXene基催化剂的设计和合成提供了新的思路,也为开发可广泛应用于实际水体中处理有机微污染物的催化剂提供了参考.

PAM基复合水凝胶电解质的制备及其在Zn-MnO_(2)电池中的应用

水系锌离子电池具有低成本、安全、环保等优点,在规模化储能和智能可穿戴方面极具应用前景.提高其循环稳定性以及循环寿命是实现水系锌离子电池进一步应用的关键问题之一.本工作采用二维层状蒙脱土(MMT)和丙烯酰胺单体,通过两步法合成了具有三维网状结构的蒙脱土-聚丙烯酰胺水凝胶电解质(Montmorillonite-polyacrylamide hydrogel,MMT-PAM).蒙脱土的加入为丙烯酰胺单体的原位聚合提供了吸附位点,并通过MMT和PAM高分子链之间的氢键作用显著提高了水凝胶的机械性能,抑制了锌枝晶生长(在0.5 mA·cm^(-1)电流密度下稳定循环250 h).此外,蒙脱土表面丰富的负电荷为Zn2+的快速传输提供更多离子传输通道,提高其离子电导率(室温下为34 mS·cm^(-1)),赋予MMT-PAM水凝胶电解质更好的倍率性能和循环稳定性.基于上述优点,组装的水系Zn-MnO_(2)电池在0.2 A·g^(-1)的电流密度下提供了289 mA·h·g^(-1)的比容量,且可稳定循环2000次.此外,使用MMT-PAM水凝胶作为电解质制备的柔性电池在经过不同外界条件冲击下依然可正常工作,表现出了其在柔性电子领域的应用可行性.

负载型新生态MnO_(2)氧化BPA的效能与机制

通过黏附于矿物载体气泡石表面的植物多酚单宁酸(TA)还原高锰酸钾(KMnO_(4)),制得了原位负载于气泡石表面的网络状多孔新生态MnO_(2),研究了其氧化去除水中内分泌干扰物双酚A(BPA)的性能和机制,考察了其在复杂水质条件下的抗干扰能力和稳定性.负载型网络状新生态MnO_(2)(S-MnO_(2))易分离,同时具有网络状多孔结构,展现出优异的BPA降解性能,50mL体系中,当S-MnO_(2)的投加量为4.0g(含7.08μmol MnO_(2))时,BPA在60min内的去除率达94%,与同剂量粉体MnO_(2)相比提升了4.5倍.机理研究表明S-MnO_(2)表面的Mn(Ⅲ)和Mn(IV)均参与了BPA的氧化去除,其中Mn(Ⅲ)是BPA快速去除的关键.S-MnO_(2)主要通过单电子氧化的方式除去BPA,因此对阴阳离子、天然有机质等水体背景成分有着较强的抗干扰能力,在复杂水质条件下仍可高效去除BPA.S-MnO_(2)具有一定的循环稳定性,且可通过KMnO_(4)氧化恢复活性,在新污染有机物治理方面展现出良好的应用前景.

Ag掺杂γ-MnO_(2)酸性电催化析氧反应研究

高性能酸性电解水催化剂的开发是质子交换膜电解水技术的重要研究方向.我们通过将Ag掺杂到γ-MnO_(2)(MO)中,获得了高性能Ag-MnO_(2)(AMO)酸性析氧电催化剂.Ag的掺杂优化了MO的电子结构,提高了MO的析氧反应活性.最优催化剂获得10 mA∙cm^(−2)电流密度的过电位为398 mV,比MO降低了28 mV.此外,Ag的掺杂提高了MO的反应稳定性.最优催化剂在100 mA∙cm^(−2)的大电流密度下可稳定运行500 h以上,在高达500 mA∙cm^(−2)的电流密度下也可稳定运行50 h以上,是目前在大电流密度工作条件下最稳定的非贵金属酸性析氧电催化剂之一.

MnO_(2)纳米材料的制备以及在药物递送中的研究进展

构建多模式纳米药物体系是提高抗肿瘤靶向性治疗效果的有效手段之一,能够克服传统化疗单一模式的局限性,并降低对人体的毒副作用。二氧化锰(MnO_(2))作为过渡金属氧化物,因其性质优越已广泛应用于生物医学领域,尤其是在调节肿瘤微环境方面更显示出了独特的优势。总结了应用于抗癌领域中MnO_(2)纳米材料的制备方法;阐述了MnO_(2)纳米材料在肿瘤微环境调节以及药物递送系统中的应用;最后,展望了MnO_(2)纳米材料在构建抗肿瘤药物体系及其在抗癌应用中的发展方向以及面临的挑战。

MnO_(2)促进厌氧氨氧化工艺启动的试验研究

为了考察投加MnO_(2)对ANAMMOX工艺启动效果和脱氮性能的促进作用,通过改变水力负荷以及采用逐级驯化手段,向反应器中投加MnO_(2)(0~50 mg/L),逐步提高厌氧氨氧化污泥对MnO_(2)耐受性,运行90 d成功启动ANAMMOX反应器。反应器对NH_(4)^(+)-N、NO_(2)--N去除率分别稳定在78%、98%,NLR可提升至0.855 kg/(m^(3)·d),NRR稳定在0.718 kg/(m^(3)·d)左右,NO_(2)^(-)-N与NH_(4)^(+)-N物质的量比以及NO_(3)^(-)-N与NH_(4)^(+)-N物质的量比分别稳定在1.32和0.20,SAA数值最大为269.86 mg[N]/(g[VSS]·d),利用高通量测序技术进行微生物群落结构分析,AnAOB属占比8.92%,成为优势菌属。相较于传统ANAMMOX工艺,投加MnO_(2)可促进AnAOB的富集、强化AnAOB的活性,为ANAMMOX工艺广泛应用于实际工程提供参考。

MnO_(2)负载贵金属催化剂用于CO低温催化氧化的研究

利用双氧水驱动促进贵金属沉淀的方法在MnO_(2)上负载贵金属制备了一系列Pd/MnO_(2)、Ru/MnO_(2)、Ag/MnO_(2)、Pt/MnO_(2)催化剂。通过对比贵金属负载型催化剂(负载量3.0%)催化氧化CO的活性,得到如下结果:3.0%Pd/MnO_(2)>3.0%Ru/MnO_(2)>MnO_(2)>3.0%Ag/MnO_(2)>3.0%Pt/MnO_(2)。为了探究催化剂活性与材料结构特性之间的关系,分别使用球差电镜、XRD、Raman、H_(2)-TPR、O_(2)-TPD和XPS等表征技术对催化剂表面贵金属的粒径尺寸、晶体结构、缺陷结构、低温还原性、活性氧物种以及金属元素价态分布等物理化学特性进行了系统的表征和分析。研究发现,负载了Ag或Pt的催化剂仅仅改善了MnO_(2)的低温还原性,由于在CO催化氧化过程中催化剂表面的贵金属被快速还原,因此催化活性有所下降。相反地,负载了Pd或Ru的MnO_(2)催化剂在CO氧化反应中的活性显著提高,这是材料良好的低温还原性与表面化学吸附氧物种之间的协同促进作用所致。由于3.0%Pd/MnO_(2)具有更好的低温还原性和更多的表面化学吸附氧物种,其能够在10℃条件下完全催化氧化CO气体(浓度为1%CO/4%O_(2),GHSV=40000 mL/(g·h))。通过分析不同催化氧化反应过程,推测Pd/MnO_(2)催化氧化CO遵循Langmuir-Hinshelwood(L-H)机理。

棒状δ-MnO_(2)电极材料制备及其在水系电池中的应用

采用简单的一步水热合成法制备棒状δ-MnO_(2)电极材料。利用X射线衍射、X射线光电子能谱和扫描电子显微镜对所制得样品进行结构表征,并将其组装成水系锌离子电池进行测试。通过循环伏安法、恒电流充放电测试研究电化学性能。结果表明,棒状δ-MnO_(2)电极材料在电流密度为0.1A/g时放电容量达到194.6mAh/g。经过倍率性能测试后,容量保持率达到95.4%,显示出较好的稳定性。

δ-MnO_(2)原位负载纳米木质素基分级多孔炭的制备及其电化学性能

由于生物质具有来源广泛、成本低廉、可再生等优点,近年来生物质基多孔炭作为电极材料在超级电容器方面的应用被广泛研究。本文以麦草生物质分离得到的纳米木质素(lignin nanoparticles,LNP)为炭前体,经碳酸锌活化预处理后在不同热解温度(600~800℃)下制备LNP基分级多孔炭(LPC)。并通过溶液反应法将δ-MnO_(2)纳米晶原位负载于LPC上,成功合成具有三维(3D)纳米片状结构的炭基复合材料(MnO_(2)/LPC)。借助扫描电子显微镜、X射线衍射仪和傅里叶变换红外光谱仪等手段耦合电化学性能测试技术,对MnO_(2)/LPC的微观形貌、结构组成及电化学性能等进行表征。研究结果显示,LNP衍生LPC的热解温度对δ-MnO_(2)原位生长行为有着重要影响。当LPC的热解温度从600℃升高到800℃时,原位生长的MnO_(2)从纳米簇状颗粒逐渐演变成3D交联的多孔纳米片层结构。此外,以MnO_(2)/LPC制备的工作电极表现出优异的电化学性能。当电流密度为1A/g时,在800℃下的MnO_(2)/LPC具有最高的质量比电容(145F/g);当电流密度增大至5A/g时,其比电容量仍保持为110F/g,并具有良好的倍率性能(75.9%);同时,该复合材料组装成的对称超级电容器在二电极体系下具有较高的比电容(87F/g)和能量密度(3.03W·h/kg)。