聚苯胺/二氧化锰/聚吡咯复合纳米球的制备及其电化学储能性

利用化学合成法成功制备了尺寸分布均一的聚吡咯(polypyrrole,PPy)纳米球，通过酸解法将KMnO₄分解成MnO₂纳米片原位生长在PPy纳米球表面，然后采用稀溶液合成法将聚苯胺(polyaniline,PANI)生长在MnO₂表面，得到PANI@MnO₂@PPy三元复合材料。扫描电子显微镜、透射电镜、拉曼光谱、X射线粉末衍射和X射线光电子能谱证实PANI@MnO₂@PPy成功合成。通过溶液涂覆法，将PANI@MnO₂@PPy三元复合材料制备成电极并测定其电化学储能性，在1 mol·L^-1 Na₂SO₄电解质溶液中，当电流密度为0.5 A·g^-1时，PANI@MnO₂@PPy电极的比电容量约为357 F·g^-1，是MnO₂@PPy电极的1.96倍；当电流密度从0.5 A·g^-1...     

CuFe类普鲁士蓝/MnO2纳米片复合材料的电化学性能

采用共沉淀合成法，将CuFe类普鲁士蓝(CuHCF)与不同质量的MnO₂纳米片结合，构建CuHCF/MnO₂复合材料来提高电化学性能。利用扫描电镜、X射线粉末衍射仪和红外光谱对CuHCF/MnO₂的形貌和微观结构进行分析，并用循环伏安法和电流充放电法评价其电化学性能。结果表明：由于CuHCF和MnO₂纳米片良好的协同效应，CuHCF/MnO₂-1电极在1 A·g^-1电流密度下比容量最高为260.9 F·g^-1,优于单独的CuHCF和MnO₂电化学性能。     

碳纳米管负载无定形MnO2活化过一硫酸盐降解苯酚研究

采用共沉淀法合成了无定形MnO₂@c-CNTs复合材料,研究了其活化过一硫酸盐(PMS)降解苯酚的性能。通过SEM、XRD对不同材料的微观形貌、晶体结构进行了表征,复合材料由无定形MnO₂包覆于羧基化多壁碳纳米管(MWCNTs-COOH,简称c-CNTs)上组成,仍保持了羧基化多壁碳纳米管的相互交织缠绕管状结构,相比单独无定形MnO₂催化活性提升明显。研究了不同反应条件下苯酚降解率的变化,结果表明：在苯酚初始浓度10 mg/L时,降解率随催化剂投加量和PMS投加量增加而升高,在中性和酸性条件下降解效果较好,碱性条件下有小幅下降。在催化剂投加量0.14 g/L,PMS浓度0.6 mmol/L,温度25℃,中性条件下,苯酚降解率可达96.7%。无定形MnO₂@c-CNTs/PMS体系中参与反应的主要活性物种为¹O₂和·O₂^-,以¹O₂为主导。     

高温固相内氧式锰酸锂的试验合成研究

以Mn₃O₄和MnO₂为原料,采用高温固相内氧法制备LiMn₂O₄电池正极材料。通过对LiMn₂O₄的振实密度、粒度分布、比容量、循环性能、结构及形态等各项理化性能进行检测分析,结果表明：在烧结温度为750℃,Mn₃O₄和MnO₂的摩尔比为3∶1的条件下,所制备的锰酸锂电化学性能最佳,其振实密度为1.84 g/cm³,比表面积为0.698 cm²/g, D₅₀粒径为16.567μm, 1C放电容量为122.65 mAh/g, 50次循环容量保持率为94.02%。     

氧化铟包覆二氧化锰正极材料的电化学性能研究

以MnSO₄、KMnO₄为原料合成MnO₂,通过在反应中添加In(NO₃)₃·H₂O在其表面形成In₂O₃包覆层,经XRD、SEM表征发现包覆层并未明显改变MnO₂的晶体结构,但改善了颗粒分布情况。通过充放电测试、循环伏安测试和电化学阻抗测试研究了复合材料的电化学性能,结果表明,在1 A/g的测试条件下,包覆n(Mn)/n(In)为1∶0.03的样品首次放电比容量为206.3 mAh/g,经100次充放电循环后的容量保持率为95%,In₂O₃包覆层能够有效提高正极材料的循环性能。     

硝酸铁和磷酸共沉淀法制备电池级磷酸铁工艺研究

以硝酸铁和磷酸为原料，利用共沉淀法制备了电池级磷酸铁，研究了反应温度、反应物浓度、投料比和反应时间对磷酸铁产率和粒径的影响，并通过正交优化得到了最佳的工艺条件：硝酸铁浓度为1.1 mol/L、投料比(磷酸与硝酸铁物质的量比)为1.1、反应温度为90℃、反应时间为8 h。采用扫描电镜(SEM)、激光粒度仪、X射线衍射仪(XRD)、热重-差式扫描量热仪(TG-DTA)等对制备的磷酸铁进行表征分析。分析结果表明：在优化条件下得到的二水磷酸铁为单斜晶，纯度高，二次粒径D₅₀为2.41μm，均符合电池级磷酸铁的要求。以磷酸铁为前驱体制备的LiFePO₄/C性能良好，将其作为正极材料组成的电池在0.05C、0.1C、1C倍率下首次放电比容量分别为143.9、136.8、131.4 mA·h/g。     

MnO2/NaY复合材料的制备及其对SO2脱除性能

以NaY分子筛为载体，MnO₂为活性组分，采用沉淀法制备MnO₂/NaY复合脱硫材料；通过X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、氮气吸附脱附法（N₂-吸附脱附）、X射线光电子能谱（XPS）、热重分析（TG）等手段进行材料的物理化学结构表征；使用容量法装置测试复合材料的脱硫性能；考察MnO₂不同负载量及不同反应温度对MnO₂/NaY复合材料脱硫性能的影响。结果表明：MnO₂/NaY复合材料的孔容越大，其脱硫性能越好；多孔珊瑚状MnO₂脱硫性能优于棒状MnO₂；随着MnO₂负载量及反应温度的增加，MnO₂/NaY的脱硫性能先增加后降低，MnO₂/NaY-41%在400℃时的脱硫性能最好，第1h脱硫量达到114.56mg {{}_{\mathrm{S}\mathrm{O}}}_{{}_2} /g_材料；500℃时复合材料脱硫性能下降，是由于脱硫反应过程中MnO₂分解生成Mn₃O₄；MnO₂/NaY比纯MnO₂拥有更好的脱硫性能，反应温度为300℃和400℃时，MnO₂/NaY-41%较纯MnO₂的第1h脱硫量分别提高28.3%和56.1%。MnO₂/NaY-41%复合材料在中低温下的高效脱硫性能有望应用于船舶尾气的深度脱硫。     

碳化法制备多孔碳酸钙的工艺研究

以石灰石为原料，采用碳化法制备多孔碳酸钙。以多孔碳酸钙的比表面积作为评价指标，探究消化时间、消化温度、液固比、模板剂浓度、碳化温度、CO₂流量等对多孔碳酸钙比表面积的影响，得出最佳的制备工艺条件。结果表明，以十二烷基硫酸钠(SDS)为模板剂，在最佳制备条件(消化时间为1 h、消化温度为60℃、液固比(体积质量比，g/m L)为14∶1、SDS浓度为0.1 mol/L、碳化温度为30℃、碳化CO₂流量为400 m L/min)下制备的多孔碳酸钙比表面积可达60.17 m²/g。利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)等表征手段对所得多孔碳酸钙的颗粒形貌、晶型进行了分析，结果显示在最佳制备工艺条件下制备的多孔碳酸钙颗粒表面粗糙，孔道结构清晰可见，晶型为稳定的方解石型。     

g-C3N4/Fe3O4/MnO2光催化剂制备及光催化性能研究

以尿素和铁盐为原料，负载了MnO₂，利用原位沉淀法与煅烧法制备g-C₃N₄/Fe₃O₄/MnO₂复合材料。使用XRD、FT-IR、UV-Vis DRS对合成的部分光催化剂进行表征。结果表明：g-C₃N₄为类石墨的层状结构，Fe₃O₄和Mn O₂通过分子间作用力与g-C₃N₄复合。在不同反应条件下的可见光诱导的光催化实验表明，当m(Mn)∶m(g-C₃N₄/Fe₃O₄)=1∶1时，g-C₃N₄/Fe₃O₄/MnO₂复合材料具有出色的降解污染物的能力，其中光降解反应的优化条件为g-C₃N     

Fe(NO3)3-水蒸气催化活化制备兰炭基活性炭及吸附焦化废水的应用研究

以兰炭末为原料，Fe(NO₃)₃为催化剂，采用Fe(NO₃)₃-水蒸气催化活化法制备了兰炭基活性炭(semi-coke based activated carbon, SAC),并将其应用于焦化废水的吸附研究。考察了催化剂溶液浓度(0 mol/L,0.4 mol/L,0.6 mol/L,0.8 mol/L,1 mol/L)和活化温度(600℃,700℃,800℃,900℃)对样品收率、孔隙结构和吸附性能的影响。使用最优活化条件下制备的兰炭基活性炭作为吸附剂，讨论了不同温度(298 K,308 K,318 K)、SAC投加量(1 g, 2 g, 3 g, 4 g, 5 g)、吸附时间(10 min, 30 min, 60 min, 90 min, 120 min, 150 min, 180 min)、转速(0 r/min, 100 r/min, 200 r/min)对焦化废水COD去除效果的影响。研究表明：当Fe(NO₃)₃浓度为0.6 mol/L,活化温度...     

钾长石负载二氧化锰对Ni 2+的吸附性能研究

以钾长石为原料,在其表面负载二氧化锰以合成二氧化锰/钾长石复合吸附材料（MnO₂/Kfs）。通过静态吸附实验考察了不同影响因素对Ni ²⁺吸附性能的影响,并对吸附过程中吸附等温特性、吸附动力学和吸附热力学进行了研究。结果表明,溶液初始pH、MnO₂/Kfs添加量、吸附时间和温度的增加均有利于MnO₂/Kfs对Ni ²⁺的吸附;在20 mL初始质量浓度为100 mg/L的Ni ²⁺溶液中,MnO₂/Kfs添加量为0.20 g、初始pH为6、298 K下吸附10 h时,MnO₂/Kfs对Ni ²⁺的吸附率达到90.68%。吸附过程符合准二级动力学模型和Langmuir等温模型,表明MnO₂/Kfs对Ni ²⁺的吸附是以化学吸附为主的单分子层吸附;温度为298、308、318 K时,其理论最大吸附量分别为14.217、22.114、27.218 mg/g。吸附热力学结果表明,吸附是一个自发吸热熵增的过程。MnO₂/Kfs重复使用4次对Ni ²⁺仍有较高的吸附率,再生性能良好。     

橡胶木纤维素纳米纤丝/二氧化锰/碳纳米管柔性电极材料的制备及表征

以橡胶木为原料,通过化学处理得到橡胶木纯化纤维素(PCF),在此基础上通过高速剪切结合超声波处理制备得到纤维素纳米纤丝(CNF)。通过单相合成法制备二氧化锰(MnO₂)纳米片。以CNF为结构支撑体,MnO₂纳米片和碳纳米管(CNTs)作为活性电极物质,通过真空抽滤的方式制备CNF/MnO₂/CNTs柔性电极材料。采用多种手段对CNF、MnO₂以及电极材料的结构性能进行表征,并测试了电极材料的电化学性能。结构性能表征结果表明：CNF的直径为3~10 nm,具有大的长径比,是很好的结构支撑体,CNF为纤维素Ⅰ型结构;MnO₂纳米片为片层花瓣状结构,晶型为δ型。电化学性能测试结果表明：在扫描速率为50 mV/s时电极材料的比电容值为78.45 F/g,在电流密度为0.1 A/g时的电极材料比电容值为97.02 F/g,在低频区时,交流阻抗(EIS)曲线的直线部分斜率较大,表明电极材料具有良好的电容特性,在200次充放电循环测试过程中,电极材料的电容保留率始终维持在99%左右,表明该电极材料具有良好的电化学性能并且具有一定的柔性变形能力,可用作超级电容器的电极材料。     

高导电三明治状MnO2/CNTs/MnO2介孔材料的制备及其赝电容性能

MnO₂具有低成本、无毒性、高天然丰度和优异的理论比电容等优点,被认为是一种极具前景的超级电容器(SC)电极材料。赝电容电极材料MnO₂仍然存在导电性差以及充放电过程中易剥落的问题。本文利用恒电流沉积的方法在硝酸预氧化处理的碳纸表面制备了一种MnO₂/CNTs/MnO₂复合电极材料。X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和氮吸附测试证明,所制备的复合材料具有一种三明治状的夹层结构,同时富含5 nm左右的介孔,介孔结构能够保证电解液离子的高效传输。采用三维立体的碳纸能够为MnO₂提供丰富的附着位点,而电沉积法合成的α-MnO₂生长在有效的导电位点上,具有蓬松多孔的形貌,在MnO₂发生膨胀/收缩过程中,这种海绵状形貌可以有效降低材料受到的膨胀应力。中间层碳纳米管(CNTs)相互搭接于内外两层MnO₂之间,作为一种导电中继,提高了复合材料的导电性。该复合材料具有优异的电化学性能：在0.1 A·g^-1的电流密度下,能够获得428.8 F·g^-1的可逆比电容,并在5 A·g^-1的高电流密度下仍能具有80%的电容保持率。同时,电极表现出优异的循环稳定性,在1 A·g^-1循环6000次之后比电容仅衰减5%。     

MnO2纳米空心球的制备及其电化学性能

采用水热法通过添加Ce离子制备了MnO₂纳米空心球电极材料。Ce离子对MnO₂的形貌和结晶程度有很大的影响,添加Ce离子后生成由纳米棒组成的中空球,中空球比表面积(BET)达到315.2 m²·g^-1。MnO₂电极电化学测试结果表明:当铈锰摩尔比为0.2时电极材料具有较好的电化学性能,其比电容达到178.6 F·g^-1,与未加Ce离子相比其比电容提高了2.6倍,而且经过1000次循环稳定性测试后比电容仍保留了90.5%。这些结果表明添加Ce离子有利于形成中空结构,并提高了MnO₂电极的比电容。     

Cu2+掺杂MnO2作为水系锌离子电池正极材料的合成与电化学性能

采用简单的一步电沉积方法制备了Cu²⁺掺杂的MnO₂材料。通过XRD、SEM、TEM等方法对材料进行了表征,结果表明其具有蓬松多孔的纳米结构,作为电池正极材料时有利于Zn²⁺的存储,具有较高的电池容量。与未掺杂样品相比Cu²⁺掺杂的MnO₂材料有更好的电化学性能,在电流密度为200 mA/g时,比容量达到235 mAh/g,增加了47.8%,阻抗也由997.3 Ω降到了564.3 Ω。     

Three-dimensional strutted graphene loading manganese oxide for supercapacitor

Graphene has shown superiority for advanced carbon electrodes in supercapacitors, characterized by high power density but limited energy density. Combining pseudocapacitive materials with graphene can alleviate the problem. This work synthesized the three-dimensional strutted graphene (SG) via the ammonium-salt-assisted sugar-blowing method, and the self-supporting MnO₂/SG porous monolith was then constructed via growing manganese oxide (MnO₂) nanorod array on the SG support in hydrothermal process. When tested in supercapacitor, the MnO₂/SG hybrid electrode achieved a high specific capacitance of 343.6 F·g^-1 at a current density of 0.5 A·g^-1, exhibiting excellent cycling stability with 83.8% capacitance retention after 5000 cycles. The symmetric supercapacitor further showed a high energy density of 11.93 W·h·kg^-1 at a power density of 500 W·kg^-1. The impressive result indicates a promising prospect of the excellent MnO₂/SG hybrid to be applied to electrochemical energy storage.     

三维筋撑石墨烯负载氧化锰的超级电容器

石墨烯基超级电容器,其功率密度较高,但能量密度受限。开发以三维石墨烯材料为载体的复合型赝电容多孔电极,是解决方案之一。本文采用铵盐辅助化学发泡法,制备了三维筋撑石墨烯泡沫体（SG）;以SG为载体,采用水热还原法在其表面生长二氧化锰（MnO₂）纳米棒阵列,从而构建了MnO₂/SG自支撑多孔材料。利用MnO₂/SG复合电极,组装了超级电容器,在0.5 A·g^-1的电流密度下,比电容达343.6 F·g^-1;经5000次循环,其容量保持率为83.8%;在500 W·kg^-1的功率密度下,其能量密度达11.93 W·h·kg^-1。因此,MnO₂/SG复合电极是一种性能优异的赝电容材料,在电化学储能领域有良好的应用前景。     

聚苯胺/二氧化锰复合材料的制备及其光催化性能

以二氧化锰为模板,采用原位复合法合成聚苯胺/二氧化锰复合材料(PANI/Mn O2)。采用IR和XRD对产物进行表征,结果表明,复合材料中的聚苯胺是理想的翠绿亚胺结构,二氧化锰为四方晶系α-Mn O2。研究光催化剂用量、染料浓度和催化剂重复使用次数对光催化降解直接耐晒翠蓝的影响,结果表明,在染料直接耐晒翠蓝浓度10 mg·L-1、PANI/Mn O2催化剂用量0.010 g·(20 m L)-1和光照20 min条件下,直接耐晒翠蓝降解率达84.1%。     

基于聚苯胺改性构建三维MXene复合材料及其电容性能

通过直接电化学法,本文利用MXene表面官能团的诱导能力,在外加电场的作用下,将苯胺单体与MXene共同修饰在不锈钢电极表面,成功制得具有三维结构的MXene/聚苯胺复合电极材料。采用SEM、XRD、XPS、FTIR和Raman光谱对复合电极材料的表面形貌、物相结构和组成进行了表征,并在1mol/L H₂SO₄中详细研究了该电极材料的电容性能。结果表明,得益于MXene的掺杂,MXene/聚苯胺复合电极表现出较好的电子传导能力和优异的电容性能,在10mV/s的扫描速率下电容可达417F/g,当扫描速率增至200mV/s时,其电容保持率为52%,比纯PANI电极高31%。该复合电极材料具有良好的循环稳定性,在1.0A/g的电流密度下循环2000次后电容保持率可维持在83.4%。此项研究工作可为三维MXene复合材料的构建提供设计思路。     

基于氧化铁/生物质碳复合材料的高性能超级电容器研究

为改善碳材料比电容低的问题以及氧化铁（Fe₂O₃）导电性和循环稳定性差的问题,采用氧化铁修饰生物质衍生碳（ATC）表面制备氧化铁/生物质碳（Fe₂O₃/ATC）复合材料,通过氧化铁和生物质衍生碳的协同效应使复合材料获得更高的比电容和更好的稳定性。利用扫描电镜（SEM）、X射线光电子能谱（XPS）、拉曼（Raman）光谱等技术手段对样品进行了表征。结果表明,制备的复合材料存在一定的孔隙结构,氧化铁纳米粒子被锚定在碳表面。当氧化铁和生物质衍生碳的质量比为1:1时,制备的复合材料具有最优的电化学性能,在3.0 mol/L氢氧化钾溶液中显示出430.8 F/g（电流密度约为1.0 A/g）的高比电容,电流密度增大20倍时电容保持率大于60%。将其作为负极构建的不对称超级电容器具有较高的电压窗口（0~1.6 V）,并且实现了39.1 W·h/kg的高能量密度;同时表现出优异的循环稳定性,在电流密度为10 A/g下循环5 000次后拥有111%的电容保持率。