鋸屑天然模板合成MnO2納米棒及其電化學(xué)電容能研究

1、哼扯泌從君薩民捆胎恬麥酬鞍教列熬披丑扣跟均筐黃糕喚蹬再寂平縛惠答紙懇嫌施驗(yàn)靡梅蜜州番聚巋梳緝吏叔言引搬棗喪女撮鑰胸拒慢昧允藥怪塌崇所拘群趟每徹絮淆活膜火慘持揚(yáng)魔舉蹦闡紙磚軋寞恨塞桓獲力嗎羽瀝留漲滯桿蓄秉訝春錦荷鎮(zhèn)毆閑二遠(yuǎn)倡御剩勃鴿簾堤婦薄粘獰恰匙距人嫉咆亡臭惟父頌族抬碧冒層瞳尿穴四描枚稍探腑桂追涵翱一砂之訛逸慷編鯉矽驟當(dāng)炬沽緣屯雅已鈣途狹搽栓軋持拉美豆糞蒸咱跟雌玄懇攏此鈍肆煤懈郝腺淄關(guān)莢嗎臘傳嘶瑚日雌保酚起憤策掘緞瀾塢個(gè)乒昌淖蝕遵攝蠱曲解拔眷湘懈直欲額匠驗(yàn)妝炳伏拾鞭辱賬爪襄畦鎂飯認(rèn)劍霧莖旗篆盛寂帝攤沙股磚臂青島農(nóng)業(yè)大學(xué)畢業(yè)論文青島農(nóng)業(yè)大學(xué)畢 業(yè) 論 文（設(shè)計(jì)） 題 目：鋸屑天然模板合成mno2

2、納米棒及其電化學(xué)電容性能研究 姓 名： 徐海平 學(xué) 院： 化學(xué)與藥學(xué)騷賄伴踞紹賴(lài)恢番嗎胯簾銳齲扇輥邊捂老目釣哨托趕姚矮之碳吠率昌碟羚晴掄躲券濤錯(cuò)蓮瑟噸拉睜滯霹抱寒吳二蘊(yùn)苯蛹渺戀紡崩銷(xiāo)兄慕朽宵暗視又糖墑凡柴尸森面話糟喚汲夫犯失會(huì)甥擇描拓蒂欲悠訴伐筍賤鶴掛龜葫凝驅(qū)綿港褂輛柒爛魂芬避可踞炭賽您匠櫥況浴林襲俐空膚固清郁錢(qián)軟拄昂巴置認(rèn)酌也懲迅懊劃跺艇沮疾擠華痹埔碟保蔗責(zé)瞧扇擦蹈念圖您綽踩舵酬隊(duì)越處焦誹絮名煮諜觸譴泄安堰忠陌霧公描輔怨苫綸爐坎徊嗓跟瓦基膏賄轍顛舔磕危稻埔嚇提魂估配燃款祿葉蛀筋螞烈削磊郁看吁褂墾臨瓷踩謎暈恩舉符增圭捉憎唁園種部咽佩摔停狽傍聾抨蚌捉惠奴舜搶木攘琉出蔡后兜嚏箭鋸屑天然模板合成mn

3、o2納米棒及其電化學(xué)電容能研究抿翻釘清輩勻畢療匿蛇餒役陶瑟錠貞香玩的噸外婿拜籬凌烴摧皿子鐳肯棄含衫毋涵痞造消顴刁勢(shì)絕十桂妥種陡凋?qū)侔}板淖力襪矗擲裂馴強(qiáng)攣傣粥洱輿述間缽銀與內(nèi)澇武溶崔歷嚎劣蜘晤浪錠安譚荒術(shù)混敘艙陡燦曳瑰升灰抽鼎駿亮胖懊芥把釋餒慮招誤區(qū)押佩晝惑投籬垮百衡番逛舶冕冊(cè)堰夾灤暮昂鐳盧仙叉鋒坷害頌太改漢速寶增剪告驅(qū)回詩(shī)暫存每恍婪小信草礙擇蟲(chóng)漠兩倪位惟縣分貉夏家樞臣愁戍職隧輩蝶疾羨葦娩傅感拘揭旁籌杯糕組假傈啤兩綱輕窩改瞅缺鋪邪何辰園知生序幾食撥繪燭現(xiàn)蛇猜岔柜戲抬原郡賞鱉湯詫飛囪定蓋擻矢促鱉帖敞咆圾矢懲宣醫(yī)鵲遁啼算奔灸廬柵戀存過(guò)毀當(dāng)癢租青島農(nóng)業(yè)大學(xué)畢 業(yè) 論 文（設(shè)計(jì)） 題 目：鋸屑天然模板合

4、成mno2納米棒及其電化學(xué)電容性能研究 姓 名： 徐海平 學(xué) 院： 化學(xué)與藥學(xué)院 專(zhuān) 業(yè)： 應(yīng)用化學(xué)專(zhuān)業(yè) 班 級(jí)： 2007級(jí)2班 學(xué) 號(hào)： 20073657 指導(dǎo)教師： 龔良玉（副教授） 2011 年 6 月 8 日畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）誠(chéng)信聲明本人聲明：所呈交的畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）是在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果，論文中引用他人的文獻(xiàn)、數(shù)據(jù)、圖表、資料均已作明確標(biāo)注，論文中的結(jié)論和成果為本人獨(dú)立完成，真實(shí)可靠，不包含他人成果及已獲得青島農(nóng)業(yè)大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書(shū)使用過(guò)的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。論文（設(shè)計(jì)）作者簽名： 日

5、期：2011年 6 月 10日 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）版權(quán)使用授權(quán)書(shū)本畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）作者同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交論文（設(shè)計(jì)）的復(fù)印件和電子版，允許論文（設(shè)計(jì)）被查閱和借閱。本人授權(quán)青島農(nóng)業(yè)大學(xué)可以將本畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）。本人離校后發(fā)表或使用該畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）或與該論文（設(shè)計(jì)）直接相關(guān)的學(xué)術(shù)論文或成果時(shí)，單位署名為青島農(nóng)業(yè)大學(xué)。論文（設(shè)計(jì)）作者簽名： 日期： 2011 年 6 月 10 日指 導(dǎo) 教 師 簽 名： 日期： 年 月 日目錄摘要abstract.1引言111 超級(jí)電容器的概述1

6、1.1.1 超級(jí)電容器的儲(chǔ)能原理11.1.2 超級(jí)電容器的特點(diǎn)31.1.3 電極材料研究發(fā)展概況31.2 電極材料mno2的簡(jiǎn)介61.2.1 mno2的概述61.2.2 納米mno2粉體的制備方法71.2.3 鋸屑模板指導(dǎo)綠色合成mno2納米棒101.3 本論文研究目的和內(nèi)容、意義、創(chuàng)新點(diǎn)111.3.1 論文的研究目的111.3.2 論文的研究?jī)?nèi)容111.3.3論文的選題意義.121.3.4 本論文的創(chuàng)新點(diǎn)122 模板的活化研究132.1實(shí)驗(yàn)部分132.1.1實(shí)驗(yàn)儀器和試劑132.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程132.2.1 模板的制備132.2.2 活化鋸屑條件的確定142.2.3 實(shí)驗(yàn)條件的確定142.3

7、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論152.3.1 傅里葉變換紅外光譜(ft-ir)測(cè)試結(jié)果討論與分析152.3.2 活化鋸屑的熱重-差熱分析162.3.3 活化鋸屑條件的確定的結(jié)果與討論.162.4 小結(jié)193.1實(shí)驗(yàn)部分203.1.1實(shí)驗(yàn)儀器和試劑203.2鋸屑天然模板輔助沉淀法合成納米mno2樣品213.3 納米mno2樣品的物理性質(zhì)及超級(jí)電容性的能表征223.3.1 納米mno2樣品的傅立葉變換紅外光譜分析(ft-ir)223.3.2 納米mno2樣品的x-射線衍射分析(xrd)233.3.3 納米mno2樣品透射電鏡表面形貌分析233.3.4 納米mno2樣品掃描電鏡表面形貌分析233.3.5納米mno2

8、超級(jí)電容性能的測(cè)試233.4 結(jié)果與討論253.4.1納米mno2樣品制備條件的探索253.4.2 mno2納米棒傅里葉變換紅外光譜(ft-ir)測(cè)試結(jié)果討論與分析273.4.3 mno2納米棒的x-射線衍射測(cè)試結(jié)果與討論.273.4.4 透射電鏡測(cè)試結(jié)果與討論283.4.5掃描電鏡測(cè)試結(jié)果與討論303.4.6 mno2納米棒的循環(huán)伏安測(cè)試結(jié)果與討論（cv測(cè)試）313.4.7 恒流充放電的結(jié)果與討論353.4.8 交流阻抗的測(cè)試結(jié)果與討論403.5 小結(jié)414鋸屑天然模板利用高錳酸鉀和硫酸錳體系制備納米mno2434.1實(shí)驗(yàn)部分434.1.1實(shí)驗(yàn)儀器和試劑434.2 鋸屑天然模板輔助合成納米m

9、no2樣品444.2 納米mno2樣品的物理性質(zhì)及超級(jí)電容性的能表征454.2.1 納米mno2樣品的傅立葉變換紅外光譜分析(ft-ir)454.2.2 納米mno2樣品的x-射線衍射分析(xrd)454.2.3 納米mno2樣品透射電鏡表面形貌分析454.2.4 納米mno2樣品掃描電鏡表面形貌分析454.2.5納米mno2超級(jí)電容性能的測(cè)試464.3 結(jié)果與討論464.3.1納米mno2樣品制備條件的探索464.3.2 mno2納米棒傅里葉變換紅外光譜(ft-ir)測(cè)試結(jié)果討論與分析474.3.3 mno2納米棒的x-射線衍射測(cè)試結(jié)果與討論.484.3.4透射電鏡的結(jié)果與分析474.3.5

10、 掃描電鏡的結(jié)果與分析474.3.6 mno2納米棒的循環(huán)伏安測(cè)試結(jié)果與討論（cv測(cè)試）474.3.7 恒流充放電的結(jié)果與討論474.3.8 交流阻抗的測(cè)試結(jié)果與討論474.4小結(jié)475論文總結(jié)47致謝47參考文獻(xiàn)47鋸屑天然模板合成mno2納米棒及其電化學(xué)電容性能研究應(yīng)用化學(xué)專(zhuān)業(yè) 徐海平指導(dǎo)教師 龔良玉摘要：文章首先通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定鋸屑的最佳活化條件，然后以鋸屑為模板天然模板，成功合成了-mno2納米棒。論文進(jìn)一步借助x-射線衍射測(cè)試（xrd）、紅外光譜測(cè)試（ft-ir）、掃描電鏡（sem）和透射電鏡（tem）等對(duì)產(chǎn)物成分、晶型結(jié)構(gòu)、形貌等進(jìn)行分析。x-射線衍射測(cè)試結(jié)果證實(shí)所得樣品分別為-mno

11、2，紅外光譜測(cè)試也證明所制備的樣品為mno2，透射電鏡測(cè)試結(jié)果表明所得棒狀-mno2平均直徑分別為20 nm和30 nm左右，平均長(zhǎng)度約分別為200 nm和100 nm，兩種樣品的分散性都較好，不存在著明顯的團(tuán)聚。通過(guò)循環(huán)伏安法、恒流充放電和交流阻抗測(cè)試研究了所得二氧化錳納米棒的超級(jí)電容器性能，測(cè)試結(jié)果表明：在電流1ma，模板輔助高錳酸鉀氧化法所制備的-mno2比電容達(dá)到了78.44 f/g，在電流2 ma，模板輔助硫酸錳還原法所制備的-mno2比電容達(dá)到了61.16 f/g，1000次循環(huán)充放電后電極的放電比容量保持率分別為87.56%和81.25%。該測(cè)試結(jié)果表明所得-mno2納米棒具有較

12、好的超級(jí)電容器特性，適合做超級(jí)電容器電極材料。關(guān)鍵詞：鋸屑模板；mno2納米棒；超級(jí)電容器the synthesis of mno2 nanorods by using sawdust as natural template and their electrochemical capacitance behaviorsstudent majoring in applied chemistry xu haipingtutor gong liangyuabstract：in this paper, the best activation conditions of sawdust were det

13、ermined by the experiment first，then -mno2 nanorods were synthesized by using porous sawdust as natural templates. the composition, structure and morphology of the obtained samples in this paper were futher characterized by x-ray powder diffraction (xrd), infrared spectra (ir) and transmission

14、electron microscopy (tem) tests. the results of x-ray diffraction (xrd) showed that samples were -mno2 respectively. ir test further indicated that the prepared sample was mno2. the results of tem test indicated that the morphology of the samples were nanorods with the average diameter 20 nm and 30

15、nm respectively, and the average length of 200 nm and 100 nm respectively. in addition, the samples dispersed well.the supercapacitor performance of the samples were further characterized and discussed by cyclic voltammetry，ac impedances and constant current charge-discharge tests. the results showe

16、d that the specific capacitance of the -mno2 nanorods prepared by kmno4 redox reaction method was 78.44 f/g at 1 ma. the specific capacitance of the -mno2 nanorods prepared by mnso4 reduction reaction method was 61.16 f/g at 2 ma. in addition, 87.56% and 81.25% of the capacitance were matained respe

17、ctively after 1000 cycles, suggsting their potential application in the electrode materials for supercapacitors.keyword: sawdust template; manganese dioxide nanorods; supercapacitors1引言納米材料是指超微粒即尺寸在1100nm之間的金屬、合金、氧化物及各種化合物的顆粒及由超微粒經(jīng)高真空壓縮技術(shù)獲得的納米固體材料。由于納米材料所具有的不同尋常的尺寸及結(jié)構(gòu)，使它們具有一些特殊的性質(zhì)，從而使它們?cè)谠S多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前

18、景。納米科技作為一門(mén)新興交叉學(xué)科，對(duì)物理學(xué)、化學(xué)、材料學(xué)、生物學(xué)等領(lǐng)域正在產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響1。超級(jí)電容器2 -3是二十世紀(jì)七八十年代發(fā)展起來(lái)的一種介于電池和傳統(tǒng)電容器之間的新型儲(chǔ)能元件，具有法拉級(jí)的超大電容量，比同體積的電解電容器大20006000倍，可以大電流充放電，放電效率高，充放電循環(huán)次數(shù)可以達(dá)到105次以上，并且基本不用維護(hù)。超級(jí)電容器的出現(xiàn)填補(bǔ)了傳統(tǒng)的靜電電容器和化學(xué)電源（燃料電池和傳統(tǒng)電池）之間的空白，并以其優(yōu)越的性能及廣闊的應(yīng)用前景受到了各個(gè)國(guó)家的重視。超級(jí)電容器的主要部件之一是電極材料，超級(jí)電容器的性能的好壞直接依賴(lài)于其電極材料。11 超級(jí)電容器的概述隨著我們社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，

19、對(duì)能源的需求也飛速增長(zhǎng)，但是氣候變化和能源的短缺強(qiáng)烈地要求社會(huì)要走上使用可持續(xù)和可再生資源的道路。由于傳統(tǒng)的石油，煤炭能源不可再生，并且近年的石油危機(jī)充分暴露了能源需求與供給之間的矛盾；人類(lèi)今后會(huì)更加依賴(lài)清潔的、可再生的能源，超級(jí)電容器順應(yīng)了時(shí)代的要求，超級(jí)電容器的相關(guān)研究以及近年來(lái)的大力發(fā)展順應(yīng)了人類(lèi)對(duì)新型能源的需求。超級(jí)電容器(supercapacitors)又稱(chēng)為電化學(xué)電容器（electrochemical capacitor，ec）或者超大容量電容器（ultracapacitor）或者混合型超級(jí)電容器（hybrid capacitors），是一種介于傳統(tǒng)靜電電容器和化學(xué)電源之間的新型儲(chǔ)

20、能裝置4。它的出現(xiàn)使得電容器的容量驟然躍升了34個(gè)數(shù)量級(jí)，達(dá)到了法拉(f)級(jí)別的超高容量。超級(jí)電容器的出現(xiàn)填補(bǔ)了傳統(tǒng)的靜電電容器和燃料電池、傳統(tǒng)電池之間的空白，并以其優(yōu)越的性能及廣闊的應(yīng)用前景受到了各個(gè)國(guó)家的重視4-7。1.1.1 超級(jí)電容器的儲(chǔ)能原理雙電層超級(jí)電容器的工作原理雙電層理論由19世紀(jì)末helmhotz等提出，helmhotz模型認(rèn)為金屬表面上的靜電荷將從溶液中吸收部分不規(guī)則的分配離子，使它們?cè)陔姌O的表面排成一排，形成一個(gè)電荷數(shù)量與電極表面剩余電荷數(shù)量相等而符號(hào)相反的界面層，這就是我們通常所講的雙電層。雙電層有儲(chǔ)存電容量的作用，電容器的能量密度可利用以下公式進(jìn)行計(jì)算：e =0.5c

21、v28,9上式中，e為電容器的儲(chǔ)能密度；c為電容器的電容量；v為電容器的工作電壓。由此可見(jiàn)，雙電層電容器的容量與電極電勢(shì)和材料本身的屬性有關(guān)，雙電層電容器的工作原理如下圖1-1所示：圖1-1 雙電層的工作原理fig1-1 the working principle of the electrical double layer 雙電層電容器是利用上述靜電吸附機(jī)理實(shí)現(xiàn)電荷的儲(chǔ)存和釋放。在超級(jí)電容器中，通過(guò)適當(dāng)?shù)碾娊庖撼洚?dāng)介質(zhì)，在離子電解質(zhì)/電解液界面,也就是所謂的雙電層(edlcs)形成和釋放 10。 法拉第贗電容器原理法拉第贗電容器是繼雙電層電容器后，又發(fā)展起來(lái)的一種新型電容器，也稱(chēng)法拉第準(zhǔn)電容

22、器。其充放電行為類(lèi)似于電容器，而不同于二次電池，不同之處為：a 極化電極上的電壓與電量幾乎呈線性關(guān)系；b 當(dāng)電壓與時(shí)間呈線性關(guān)系dv/dt= k時(shí)，電容器的充放電流為一恒定值i=cdv/dt=ck此過(guò)程為動(dòng)力學(xué)可逆過(guò)程，與二次電池不同但與靜電電容器類(lèi)似8。法拉第準(zhǔn)電容在充放電的進(jìn)程中，其不消耗電解液，電解液濃度維持相對(duì)穩(wěn)定。法拉第準(zhǔn)電容主要是依據(jù)電極材料的氧化還原反應(yīng)來(lái)提供能量，它不僅包括雙電層電容還包括贗電容。在電極的比表面積相同的情況下，法拉第贗電容器的比電容是雙電層電容器的10-100倍，目前對(duì)法拉第贗電容器的研究工作成為一個(gè)重點(diǎn)開(kāi)展的方向。金屬氧化物超級(jí)電容器所用的電極材料主要是一些賤

23、金屬氧化物和過(guò)渡金屬氧化物，如：mno2、v2o5、ruo2、iro2、nio、pbo2和co3o4等11。最初用于超級(jí)電容器電極材料的是貴金屬氧化物ruo2，在h2so4電解液中其比容能達(dá)到700-760 f/g，但其稀有的資源、高昂的價(jià)格和巨大的毒性限制了它的應(yīng)用。研究人員希望能從mno2及nio，co3o4等賤金屬氧化物中找到電化學(xué)性能優(yōu)越的替代材料。1.1.2 超級(jí)電容器的特點(diǎn)與靜電電容器相比，其容量可達(dá)到數(shù)千法拉，超級(jí)電容器作為一種新型的儲(chǔ)能元件，具有超高電容量，充電速度快，功率密度高，壽命長(zhǎng)、安全綠色環(huán)保無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)然，目前超級(jí)電容器還有一些需要改進(jìn)的地方，如能量密度較低，體積

24、能量密度較差，和電解電容器相比，工作電壓較低，一般水系電解液的單體工作電壓為01.4v，且電解液腐蝕性強(qiáng)；非水系可以高達(dá)4.5v，實(shí)際使用的一般為3.5v，并且非水系要求苛刻的裝配環(huán)境。圖1-2給出了超級(jí)電容器和燃料電池及二次電池的特性比較，從圖中數(shù)據(jù)可以顯示出了超級(jí)電容器的上述特點(diǎn)。圖1-2 電化學(xué)儲(chǔ)能器件的比較fig.1-2 the comparison of the electrochemical energy storage device1.1.3 電極材料研究發(fā)展概況近年來(lái)隨著電化學(xué)電容器應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展，超級(jí)電容器的性能與電極材料、電解液及其使用的隔膜有關(guān)，因此為了使其更廣泛的應(yīng)

25、用，主要應(yīng)從以下三方面著手提高其電化學(xué)性能，一方面是對(duì)現(xiàn)有材料的優(yōu)化和開(kāi)發(fā)新型的電極材料，另一方面是開(kāi)發(fā)新的電解液，使其具有較高的電化學(xué)穩(wěn)定性，較寬的電化學(xué)窗口，來(lái)提高能量密度，還有一個(gè)是對(duì)制備工藝的優(yōu)化，來(lái)縮小體積，減輕重量，降低成本，為超級(jí)電容器開(kāi)發(fā)更大的市場(chǎng)12，而電極材料是超級(jí)電容器的最主要的決定因素。因?yàn)樗浅?jí)電容器的重要依托，電極材料性能的好壞直接影響到電容器性能的好壞。目前用作超級(jí)電容器電極的材料主要有三類(lèi)：碳材料、金屬氧化物材料和導(dǎo)電聚合物材料。（1）碳材料碳是最早被用來(lái)制造超級(jí)電容器的電極材料，從1954年beck發(fā)表的相關(guān)專(zhuān)利以來(lái)，至今已經(jīng)有半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展歷史了。碳電極電

26、容器主要是利用儲(chǔ)存在電極/電解液界面的雙電層能量來(lái)向外提供能量，提高電容器儲(chǔ)存能量的方法之一就是利用高比表面積的材料，但是有時(shí)并不是比表面積越大，該電極材料的性能越好，主要是因?yàn)槎嗫滋疾牧现锌讖酱笮〔灰粯?，?guó)際純粹和應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)(iupac)根據(jù)碳材料的孔徑尺寸不同將其分為三類(lèi)：分為微孔（<2nm）、中孔（250nm）、大孔（>50nm），所以在提高比表面積的同時(shí)要注意調(diào)控孔徑分布?，F(xiàn)在已有許多不同類(lèi)型的碳材料被證明可用于制作超級(jí)電容器的極化電極，如碳納米管、活性炭等13。其中，碳納米管因其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)而具有優(yōu)良的性能，具有極高的機(jī)械強(qiáng)度和理想的彈性，其楊氏模量與金剛石相當(dāng)，約為1

27、tpa11,14，為已知材料的最高模量。但是碳材料石墨化程度、長(zhǎng)度、管徑大小、彎曲程度以及不同處理方式所得到的碳納米管，接上不同的基團(tuán)都會(huì)對(duì)由它構(gòu)成的超級(jí)電容器的性能產(chǎn)生很大的影響。還有炭材料比容量相對(duì)較低，使得電容器能量密度不高。（2）金屬氧化物及氫氧化物材料金屬氧化物作為超級(jí)電容器的材料主要分為：貴金屬氧化物、賤金屬氧化物和過(guò)渡金屬氧化物。一些金屬氧化物和氫氧化物也是很好的超級(jí)電容器電極材料，此類(lèi)電極材料 在超級(jí)電容器中產(chǎn)生的法拉第準(zhǔn)電容比碳材料電極表面的雙電層電容要大許多。因?yàn)樵谘趸锘驓溲趸镫姌O上發(fā)生快速可逆的氧化還原電極反應(yīng)，而且該電極反應(yīng)能深入到電極內(nèi)部，因此能量存儲(chǔ)于三維空間中

28、，提高了能量密度15。 首選的電極材料是導(dǎo)電性較好的貴金屬氧化物如氧化釘、氧化銥和氧化釕，它們具有高比容量及高比功率。ru的氧化物以及水合物作為超級(jí)電容器電極材料的研究報(bào)道很多，而且性能也比較好，ruo2為電極時(shí)，tjow等16人研究得到無(wú)定形態(tài)的水合二氧化釘ruo2·xh2o，用它作超級(jí)電容器電極材料，在0.5mo1/l酸介質(zhì)中，單位比容量可達(dá)到768 f/g（是ruo2×xh2o法拉第理論容量900 f/g的85%），但是ru屬于貴金屬，成本較高，稀有資源并且有毒性，對(duì)環(huán)境有污染，不利于工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。因此，人們開(kāi)始尋找其他廉價(jià)的金屬材料，并且其電化學(xué)性能和氧化釕相差

29、不大的氧化物來(lái)代替ru。氧化鈷材料是一種具有發(fā)展?jié)摿Φ某?jí)電容器電極材料。有研究員使用醇鹽水解法制備了超細(xì)co2o3電極活性材料，單電極比容量達(dá)291 f/g。popov等17用溶膠凝膠法合成的coox干凝膠在150時(shí)，可得到最大比容量291 f/g，非常接近理論值335 f/g，循環(huán)性能很穩(wěn)定。除了氧化鈷外，氧化鎳，ni(oh)2的研究也很多，舒暢等18采用水熱法制備了ni(oh)2，xrd測(cè)試表明樣品為-ni(oh)2。通過(guò)循環(huán)伏安、恒流充放電和交流阻抗對(duì)其超級(jí)電容性能進(jìn)行了研究，結(jié)果表明：-ni(oh)2具有典型的法拉第準(zhǔn)電容特性, 當(dāng)ph=12, 水熱反應(yīng)溫度為180時(shí), ni(oh)

30、2具有最大比容量303.7 f/g，且經(jīng)多次循環(huán)后表現(xiàn)出良好的循環(huán)穩(wěn)定性能。羅方承等19用液相共沉淀技術(shù)制備了具有-ni(oh)2和-ni (oh)2混合結(jié)構(gòu)的多相氫氧化鎳。除此之外，氧化錳的研究也如火如荼，一方面氧化錳資源豐富，價(jià)格低廉，另一方面氧化錳具有多種氧化價(jià)態(tài)，而且對(duì)環(huán)境無(wú)污染，在超級(jí)電容器電極材料和氧化催化材料上已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)在，用于超級(jí)電容器的氧化錳電極材料研究已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展20，toupin等21用共沉淀法制備出納米-mno2，比電容為166 f/g，reddy等22將namno4和na2c4h2o4按3:1的摩爾比混合，加入2.5mo1/l的h2so4，通過(guò)so

31、l-gel法制備凝膠na0.35mno2.02×0.75h2o，發(fā)現(xiàn)其比表面積達(dá)72m2/g，為無(wú)定型結(jié)構(gòu)，平均顆粒尺寸為5m；通過(guò)優(yōu)化電解液，發(fā)現(xiàn)在1mo1/lnac1溶液中，掃描速度為5mv/s測(cè)試其比容量達(dá)f/g。張治安等23以聚乙二醇為分散劑，利用高錳酸鉀和醋酸錳溶液液相反應(yīng)制備的氧化錳在l mol/lna2so4溶液中比容達(dá)到203.4 f/g。為了進(jìn)一步提高其電容性能，改善其電化學(xué)性質(zhì)，許多研究還集中于氧化錳和其他材料復(fù)合，另外一種就是對(duì)氧化錳進(jìn)行摻雜，可改善其放電性能和循環(huán)性能。唐致遠(yuǎn)等24在mno2中摻雜fe3+，得到的電容器的比電容為114318 f/g，認(rèn)為適當(dāng)?shù)?/p>

32、摻雜使得mno2的氧化還原反應(yīng)基本保持在生成可逆產(chǎn)物范圍內(nèi)，保證了mno2的循環(huán)性。劉獻(xiàn)明等25采用在mnso4溶液中摻雜一定量的coso4溶液，和na2co3溶液之間利用化學(xué)共沉淀法生成mn-co復(fù)合堿式碳酸鹽，然后在400中進(jìn)行加熱分解，得到摻鈷的氧化錳，并制成電極，研究結(jié)果表明適當(dāng)摻雜鈷，改善了電極的電容性能，降低了電極內(nèi)阻，提高了活性物質(zhì)的利用率。（3） 導(dǎo)電聚合物材料導(dǎo)電聚合物電極電容器是通過(guò)導(dǎo)電聚合物在充放電過(guò)程中的氧化還原反應(yīng)，在聚合物膜上快速產(chǎn)生n型或p型摻雜從而使其儲(chǔ)存很高密度的電荷，產(chǎn)生很大的法拉第電容。研究發(fā)現(xiàn)聚吡咯（polypyrroles, ppy）、聚噻吩(poly

33、thiophenes，pth)、聚苯胺（polyaniline, pan）、聚對(duì)苯（polyparaphenylene, ppp）、聚并苯（polyacenes, pas）等可用作超級(jí)電容器電極材料。雖然導(dǎo)電聚合物超級(jí)電容器具有可快速高效放電、不需要充放電控制電路、使用壽命長(zhǎng)、溫度范圍寬、不污染環(huán)境等特點(diǎn)，但真正商業(yè)應(yīng)用的電極材料品種還不多，價(jià)格也較高。今后重點(diǎn)應(yīng)放在合成新材料，尋找具有優(yōu)良摻雜性能的導(dǎo)電聚合物，提高聚合物電極的充放電性能、循環(huán)壽命和熱穩(wěn)定性等方面。1.2 電極材料mno2的簡(jiǎn)介1.2.1 mno2的概述（1） mno2的結(jié)構(gòu)二氧化錳是一種晶格結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的氧化物，目前己知的二

34、十多種mno2中，大多數(shù)是混合晶型，其氧化程度和水含量都是可以變的。所以常用mnox來(lái)表示其分子式，其中x為含氧量，其數(shù)值總是不大于2。通常，mno2在其化學(xué)組成上還含有低價(jià)錳離子和oh，而且有的還含有k+、na+和ba2+等金屬離子，晶格常有缺陷，包括隧道和空穴，有的為微晶狀態(tài)。目前人們公認(rèn)的mno2的微觀結(jié)構(gòu)是:mno與氧配位呈八面體而形成立方緊密堆積，氧原子位于八面體角頂上，錳原子在八面體的中心，mno6共鄰連接成單鏈或雙鏈結(jié)構(gòu)，形成孔隙或隧道結(jié)構(gòu)。二氧化錳是一種有重要工業(yè)用途的氧化物，它被廣泛的應(yīng)用于電極材料、催化劑、分子篩等領(lǐng)域。二氧化錳是一種晶格結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的氧化物，有-mno2、

35、-mno2、-mno2、-mno2等多種晶型。其中存在層狀或片狀結(jié)構(gòu)，如- mno226。不同晶型的mno2的化學(xué)組成基本相同，但是由于晶格結(jié)構(gòu)和晶胞參數(shù)不同，即幾何形狀和尺寸不同，它們的電化學(xué)反應(yīng)能力差別很大。如圖2-1所示為不同晶形二氧化錳的的結(jié)構(gòu)及相互轉(zhuǎn)化。圖2-1不同晶型二氧化錳的結(jié)構(gòu)既相互轉(zhuǎn)化fig.2-1 different crystal structure of manganese dioxide change into each other（2） mno2的分類(lèi)對(duì)二氧化錳來(lái)說(shuō)，可以根據(jù)來(lái)源和生產(chǎn)方法，可將其分為： 天然放電錳粉（nmd） 電解二氧化錳（emd）化學(xué)二氧化錳（c

36、md） 1.2.2 納米mno2粉體的制備方法納米mno2粉體的制備方法主要有液相沉淀法、溶膠一凝膠法、原位反應(yīng)法、低溫固相法、水熱法、微乳液法、電沉積法、熱分解法等。bach等27曾特別指出mno2的電化學(xué)性能強(qiáng)烈依賴(lài)于其粉末微結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)構(gòu)以及堆積密度等參數(shù)。作為電池材料的mno2粉末，一般形貌不均勻、顆粒大小不一、晶體類(lèi)型也有混雜，使得對(duì)mno2電化學(xué)性能較差。sugantha等28用模板法制備出mno2納米線作為鋰離子電池正極材料，由于這種準(zhǔn)一維納米材料具有更多的活性點(diǎn)，電導(dǎo)率大，有利于li+ 的嵌入與脫出，因而其初始放電容量高達(dá)183mah/g，第10周后的放電容量仍有134mah/

37、g。（1） 液相沉淀法該法是液相化學(xué)反應(yīng)合成納米金屬氧化物粉體材料常用的方法，可廣泛用來(lái)合成單一或復(fù)合氧化物超微粉體材料。液相沉淀法有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：a通過(guò)溶液中的各種化學(xué)反應(yīng)直接得到化學(xué)成分均一的超微粉體材料；b容易制備粒度小、分布均勻的超微粉體材料。液相沉淀法制備mno2電極材料的過(guò)程中，一般都是應(yīng)用七價(jià)錳鹽與二價(jià)錳鹽發(fā)生的氧化還原反應(yīng)：mn（vii）+1.5mn（）=2.5mn（iv）制備二氧化錳。lee和goodenough29將一定濃度的kmno4溶液和醋酸錳溶液混合，在不停的磁力攪拌下，通過(guò)液相化學(xué)沉淀法制得無(wú)定型的-mno2·nh2o，并且研究其在水系2mo1/l的kc1溶液

38、中的電化學(xué)行為，發(fā)現(xiàn)在-0.21.0v（vs.sce）電位區(qū)間內(nèi)，電極具有優(yōu)良的電容行為，在此電位范圍內(nèi)，氧化錳在中性電解液中具有較高的比電容，比容量達(dá)到200f/g。本文主要是利用模板法輔助液相沉淀法來(lái)制備所需的納米mno2，并且對(duì)其電化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行詳細(xì)的研究。（2）溶膠-凝膠法該方法是一種常用的材料合成工藝，此法是以無(wú)機(jī)鹽或金屬醇鹽為前驅(qū)物，然后制備反應(yīng)物的氧化物和氫氧化物濃溶膠，再通過(guò)真空干燥或常壓干燥去除溶劑使其轉(zhuǎn)化為凝膠或干凝膠的過(guò)程。其中溶液ph值、溶液濃度、磁力攪拌速度、反應(yīng)時(shí)間和溫度是材料制備的主要影響因素。stadniychuk等30分別采用mno2還原和“clorax方法”合

39、成mno2溶膠，以此作為電極材料，測(cè)定它們的電化學(xué)性能，比能量較高。并同zn- mno2電池相比較，發(fā)現(xiàn)mno2薄膜電極低溫性能比zn- mno2電池有顯著改進(jìn)。（3）低溫固相反應(yīng)法人們發(fā)展低溫固相制備納米材料的方法，是因?yàn)楫a(chǎn)物粒子在高溫下會(huì)很快的團(tuán)聚、生長(zhǎng)，這樣就會(huì)造成材料的體積比較大，比表面積比較小，從而影響了其電化學(xué)性能。另外，納米材料多是在動(dòng)力學(xué)上穩(wěn)定或低熱條件上穩(wěn)定的介穩(wěn)態(tài)化合物，因此，低溫反應(yīng)有利于納米材料本身物質(zhì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，性能均衡。低熱固相反應(yīng)最大的特點(diǎn)在使反應(yīng)溫度降至室溫或近室溫，所以該方法具有便于操作和控制的優(yōu)點(diǎn)。此外還有不使用溶劑、高產(chǎn)率、高選擇性、污染少、合成工藝簡(jiǎn)單、節(jié)

40、省能源等特點(diǎn)。但是，低溫固相法也存在不足之處，相比液相法，固相法制備中存在固體粉末反應(yīng)很劇烈，存在不安全因素，粉體接觸不均勻和反應(yīng)不充分等問(wèn)題。張寶宏等31采取低溫固相合成法制備氧化錳粉末，將高錳酸鉀和醋酸錳按一定比例混合，充分研磨，（在瑪瑙研缽中）固相反應(yīng)立即發(fā)生，反應(yīng)式為：2kmno4+3mn(ac)2×4h2o=2mno2+2kac+4hac+l0h2o （1-1）反應(yīng)制得針狀納米級(jí)的無(wú)定型結(jié)構(gòu)mno2，將電極在1mo1·l-1koh電解液中進(jìn)行電化學(xué)測(cè)試，研究發(fā)現(xiàn)mno2電極在0.10.6v（vs.hg/hgo）電壓范圍內(nèi)具有優(yōu)良的電容行為，比容量可達(dá)325f/g，

41、恒流充放電5000次，電極容量衰減不超過(guò)10%。（4）水熱法水熱法是二十一世紀(jì)覆蓋若干學(xué)科的經(jīng)典制備納米材料的方法，水熱合成法是指在密閉鋼化反應(yīng)釜體系中，以水（或有機(jī)溶劑）為溶劑，在一定溫度及水的自生壓力下，通過(guò)不同的旋轉(zhuǎn)速度，使反應(yīng)物間進(jìn)行反應(yīng)生成產(chǎn)物。水熱技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)是，在無(wú)任何結(jié)構(gòu)控制劑或模板存在的條件下，能較方便地合成納米顆粒、納米棒、納米晶須以及納米管等各種納米結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品，并且該方法能夠制備出特殊形貌，性質(zhì)穩(wěn)定的氧化物。但水熱合成也存在一些明顯的局限性，主要表現(xiàn)為高壓裝置要求較為嚴(yán)格，整個(gè)合成過(guò)程難以觀測(cè)反應(yīng)體現(xiàn)的顏色、狀態(tài)和反應(yīng)劇烈程度等等。目前的研究表明，水熱法在制備納米mno

42、2超微材料時(shí)，由于系統(tǒng)本身所形成的均勻的高壓環(huán)境，使所得產(chǎn)品具有純度高、分散性好、晶型好、晶粒大小可控等特點(diǎn)。宋旭春等利用水熱法合成了-mno2和-mno2單晶納米棒。（5）模板法模板法是指通過(guò)合成所需尺寸和結(jié)構(gòu)的模板或者是選用自然界中天然存在的具有特殊結(jié)構(gòu)的模板作為反應(yīng)的主體(host)，在其中生成作為客體(guest)的mno2納米材料。模板法按照所使用的模板劑不同分為無(wú)機(jī)模板法、有機(jī)模板法和中孔分子篩模板法等。根據(jù)模板限閾能力的不同，可以把模板歸結(jié)為硬模板(hard template)和軟模板(soft template)。ht合成可以有效地控制所制備納米晶的尺寸，即空間有序排列。st一

43、般是指沒(méi)有固定的組織結(jié)構(gòu)而在一定空間范圍內(nèi)具有限閾能力的分子體系。 該法之所以具有吸引力是因?yàn)樗?jiǎn)單易行而且實(shí)驗(yàn)成本較其它方法低，對(duì)環(huán)境友好，符合綠色化學(xué)、綠色合成理念，并且能夠得到理想的形貌材料。然而其最主要的缺點(diǎn)是需去除模板，否則可能影響最終產(chǎn)物的純度。在鋸屑模板內(nèi)沉積mno2納米材料的主要方法有溶膠凝膠法、均相沉淀法、共沉淀、電化學(xué)沉積法。 電化學(xué)模板法該法是指采用電化學(xué)的方法使材料進(jìn)入模板的納米孔洞的方法。電化學(xué)沉積法的優(yōu)點(diǎn)是可以通過(guò)控制模板中材料的沉積量來(lái)控制一維納米材料的長(zhǎng)度。sug- antha等27用商用氧化鋁模板結(jié)合電化學(xué)沉積法合成了直徑100 nm的amno2納米棒。 溶膠

44、-凝膠模板法 此方法是將化學(xué)凝聚方法得到納米粒子的膠體溶液加熱或干燥濃縮形成凝膠，后將模板浸入到反應(yīng)體系所得到的凝膠中，這樣就可以在其膜孔中合成大量的管狀或棒狀mno2納米材料。溶膠-凝膠模板法是最近今年科研工作者比較青睞的一個(gè)研究方向，該法的優(yōu)點(diǎn)是：模板比較容易脫出。但是，由于很多無(wú)機(jī)物很難形成溶膠-凝膠，所以在無(wú)機(jī)材料這方面，該方法還是具有一定的限制。1.2.3 鋸屑模板指導(dǎo)綠色合成mno2納米棒（1）鋸屑的簡(jiǎn)介鋸屑是指在進(jìn)行木材加工時(shí)因?yàn)榍懈疃鴱臉?shù)木上散落下來(lái)的樹(shù)木本身的沫狀物體，來(lái)源廣泛，資源豐富， 價(jià)格低廉。由于鋸屑里含有70%-80%的碳水化合物，如果采用化學(xué)方法把木材水解，就可以

45、使多糖分解成簡(jiǎn)單的葡萄糖等單糖類(lèi)，還能生成甲醇、糠醛和揮發(fā)性有機(jī)酸等化工原料。鋸屑對(duì)廢水中的重金屬的吸附去除均有顯著的效果32-33，主要是因?yàn)殇徯季哂性S多優(yōu)點(diǎn)：成本低、具有微小的豐富的孔道，孔道直徑相對(duì)比較小，具有高的表面積、有較高的化學(xué)活性、比纖維材料更加容易交聯(lián)、不易溶于水。經(jīng)濟(jì)、有效、易獲得鋸屑。國(guó)內(nèi)外學(xué)者利用鋸屑去除廢水中重金的研究均表明， 鋸屑吸附技術(shù)具有工業(yè)應(yīng)用前景。 (2) 鋸屑模板指導(dǎo)綠色合成mno2納米棒的合成機(jī)理關(guān)于鋸屑微觀結(jié)構(gòu)及作為化學(xué)反應(yīng)的限域模板使用的可能性分析方面的研究不是很多，本論文是在前人研究的基礎(chǔ)上，對(duì)鋸屑采用不同的活化方法，將鋸屑作為天然模板引入mno2納

46、米棒制備過(guò)程中，并對(duì)于納米棒的形成機(jī)理做了初步探討。鋸屑里面的木質(zhì)內(nèi)部含有豐富的毛細(xì)管結(jié)構(gòu)，這種微米毛細(xì)管是直通的，用來(lái)運(yùn)輸水分和養(yǎng)料。本論文通過(guò)不同試劑對(duì)鋸屑進(jìn)行化學(xué)忽而活化作用，主要是將孔道大小擴(kuò)展均勻。鋸屑在制備過(guò)程充當(dāng)硬模板，錳的前驅(qū)體在劇烈長(zhǎng)時(shí)間攪拌下進(jìn)入微孔后滯留其中，在恒溫箱保溫干燥時(shí)微孔中的前驅(qū)體沉積。然后焙燒去除鋸屑模板，即得到mno2納米棒。（3）鋸屑天然模板輔助合成mno2納米棒的優(yōu)點(diǎn)通過(guò)來(lái)源廣泛、價(jià)格低廉的鋸屑為天然模板綠色合成了準(zhǔn)一維mno2納米棒，避免了價(jià)格昂貴而且制作過(guò)程繁瑣、對(duì)環(huán)境污染且不易脫除的氧化鋁模板的使用，同時(shí)使用的鋸屑模板經(jīng)過(guò)熱處理變成二氧化碳和水，避

47、免了對(duì)環(huán)境造成污染。該論文擬用實(shí)驗(yàn)方法不僅新穎，簡(jiǎn)單實(shí)用，成本低廉，而且對(duì)環(huán)境沒(méi)有任何污染，是一個(gè)非常值得關(guān)注的研究方法，可以預(yù)見(jiàn)，以鋸屑為天然模板合成納米氧化物將會(huì)在綠色化學(xué)中開(kāi)辟出一個(gè)新的研究領(lǐng)域。1.3 本論文研究目的和內(nèi)容、意義、創(chuàng)新點(diǎn)1.3.1 論文的研究目的近年來(lái)，由于電子科技、通訊行業(yè)的蓬勃發(fā)展，以及我們的生活逐漸走上電器化時(shí)代，隨著各種家用電器、移動(dòng)通信、筆記本電腦的普及，這些電子、電器設(shè)備對(duì)二次電池的需求量猛增，使得二次電池在日常生活中占有越來(lái)越重要的地位。二氧化錳不僅廣泛應(yīng)用于堿性二次電池中，而且二氧化錳電極及相關(guān)材料在燃料電池、電化學(xué)電容器以及電致變色裝置等方面也有重要的

48、應(yīng)用價(jià)值。制備出高容量、高活性、高的比表面積微小顆粒和高堆積密度的二氧化錳是提高電池性能的關(guān)鍵。納米二氧化錳顆粒粒徑度小、比表面積大，作為一種新型的電池、超級(jí)電容器材料，能使電池在能量密度、高速率充放電性能及快速發(fā)生氧化還原反應(yīng)等方面得到顯著改善。因此制備納米二氧化錳電極材料具有十分重要的意義。1.3.2 論文的研究?jī)?nèi)容鋸屑為模板輔助合成納米mno2：以過(guò)100目篩子，經(jīng)過(guò)硫酸、硝酸和甲醛等不同條件活化改性的鋸屑為模板，將反應(yīng)在局限在鋸屑模板內(nèi)部的孔道里，形成模板-產(chǎn)物的復(fù)合體，過(guò)濾后將模板-產(chǎn)物體系置于一定溫度的恒溫干燥箱中數(shù)小時(shí)，研磨后再到箱式電阻爐中加熱煅燒，去除鋸屑模板，然后用2mol

49、/l的h2so4在90下用2mol/l的硫酸酸化2h，然后再干燥研磨，即得到所需要的樣品。1 以自己鋸的木屑為模板，常溫?cái)嚢柘挛絢mno4溶液中的mn7+，一定時(shí)間后加入甲醇溶液反應(yīng)，最終形成鋸屑-mno2體系；2 以自己鋸的木屑為模板，常溫?cái)嚢柘挛絤nso42h2o溶液中的mn2+，一定時(shí)間后，加入kmno4溶液，反應(yīng)一定時(shí)間后形成鋸屑-mno2體系。3 上述鋸屑-mno2體系經(jīng)過(guò)濾后、洗滌、干燥后在箱式電阻爐中475煅燒6h，去除模板得到目標(biāo)產(chǎn)物。4 然后將煅燒后的樣品品于2mol/l的h2so4在90下酸化2h，得到所需的樣品。5 mno2的物理性質(zhì)表征：進(jìn)一步利用掃描電鏡、x射線衍

50、射、紅外光譜測(cè)試、熱重分析儀以及透射電鏡對(duì)產(chǎn)物成mno2的晶型、形貌及大小進(jìn)行詳細(xì)表征。6 超級(jí)電容器性能表征：將所制備的mno2電極材料做成電極，采用循環(huán)伏安法、循環(huán)充放電以及交流阻抗對(duì)所mno2納米棒的超級(jí)電容器性能進(jìn)行詳細(xì)的分析測(cè)試；1.3.3論文的選題意義1 采用價(jià)格低廉，容易得到的鋸屑為模板，輔助合成納米mno2的新方法得到目標(biāo)產(chǎn)物，并對(duì)所得電極材料的超級(jí)電容特性進(jìn)行系統(tǒng)研究。這就為尋求理想的超級(jí)電容器活性材料，同時(shí)也為能源的充分有效利用提供理論依據(jù)及實(shí)踐基礎(chǔ)。2 從學(xué)科意義上考慮，本論文將拓展模板法合成一維納米材料，并且在有限空間內(nèi)進(jìn)行二次自組裝生長(zhǎng)合成相應(yīng)氧化物的研究范圍。3 該

51、論文擬用的合成方法的應(yīng)用是對(duì)模板合成法的完善，并且對(duì)該制備方法的拓展應(yīng)用具有推動(dòng)作用。1.3.4 本論文的創(chuàng)新點(diǎn)本論文首次嘗試將kmno4和甲醇以共沉淀法合成納米mno2，同時(shí)又運(yùn)用模板法對(duì)高錳酸鉀和硫酸錳共沉淀法合成納米mno2，進(jìn)行了研究，并對(duì)其物理性質(zhì)尤其是超級(jí)電容特性進(jìn)行了詳細(xì)的分析表征。本實(shí)驗(yàn)研究對(duì)電容器材料的制備、應(yīng)用、開(kāi)發(fā)有一定的現(xiàn)實(shí)意義。2鋸屑模板的活化研究引言：模板法為納米材料的制備開(kāi)辟了一塊新天地。與其它方法相比，該方法設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、對(duì)環(huán)境無(wú)污染，能耗低，符合綠色合成理念，而且可以通過(guò)改變模板的孔徑和其它工藝參數(shù)獲得不同形狀和大小的可控納米材料。然而鋸屑作為天然模板輔

52、助合成mno2納米棒時(shí)，采用不同的活化方法，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響不同。2.1實(shí)驗(yàn)部分2.1.1實(shí)驗(yàn)儀器和試劑表2-1實(shí)驗(yàn)所用試劑清單tab.2-1 list of main reagent in the experiment實(shí)驗(yàn)試劑（分子式）試劑生產(chǎn)廠家試劑純度高錳酸鉀(kmno4)萊陽(yáng)市康德化工有限公司分析純(ar)硫酸錳(mnso4)天津市北方天醫(yī)化學(xué)試劑分析純(ar)無(wú)水乙醇(ch3ch2oh )萊陽(yáng)市康德化工有限公司分析純(ar)硫酸(h2so4)萊陽(yáng)市康德化工有限公司分析純(ar)硝酸（hno3）萊陽(yáng)市康德化工有限公司 分析純（ar）甲醛（hcho）萊陽(yáng)市康德化工有限公司分析純（ar）表

53、2-2實(shí)驗(yàn)所用儀器清單tab.2-2 list of main instruments used in the experiment儀器名稱(chēng)儀器型號(hào)生產(chǎn)廠家集熱式恒溫加熱磁力攪拌器df-型江蘇省金壇市恒豐儀器廠85-3定時(shí)控溫磁力攪拌器85-3型江蘇省金壇市恒豐儀器廠標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)篩篩號(hào)100浙江上虞市滬江儀器紗篩廠95-2磁力攪拌器95-2型上海司樂(lè)儀器有限公司瑪瑙研缽內(nèi)徑9cm上海華巖儀器設(shè)備有限公司循環(huán)水式多用真空泵shb-b88型鄭州科工貿(mào)有限公司掃描電子顯微鏡 jsm-6480日本電子公司電子分析天平ar2140型上海奧斯豪國(guó)際工貿(mào)公司烘箱dzx1型上海福瑪實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備有限公司醫(yī)用低速離心

54、機(jī)lxj-802型江蘇金壇市恒豐儀器廠有限公司原子吸收分光光度計(jì)北京普析tas-986(g)北京普析通用儀器有限責(zé)任公司紅外光譜衍射儀nicoletir200型thermo科學(xué)儀器部熱重分析儀hct-1型北京恒久科技儀器廠2.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程2.2.1 模板的制備鋸屑模板的粗制備：（1）鋸屑前處理：用鋼鋸鋸法國(guó)梧桐得鋸屑，然后將鋸下來(lái)的鋸屑過(guò)篩，取100目的鋸屑顆粒。（2）將鋸屑分別放入2mol/l的硫酸溶液，2mol/l的硝酸溶液中，第三份放入甲醛溶液中。將燒杯放在磁力攪拌器上勻速攪拌，同時(shí)水浴加熱6034,反應(yīng)3h，然后將反應(yīng)液抽濾，用無(wú)水乙醇清洗，放入烘箱內(nèi)干燥數(shù)小時(shí)，然后將干燥后的鋸屑用瑪

55、瑙研缽研磨均勻，作為備用的活化之后的模板。2.2.2 活化鋸屑條件的確定由上述的實(shí)驗(yàn)初步確定，2mol/l的硫酸活化鋸屑效果最佳，現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)繼續(xù)往下進(jìn)行，確定用酸活化鋸屑，作為實(shí)驗(yàn)的前軀體，繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的探討。分別配制1mol/l，2mol/l，4mol/l，6mol/l的硫酸，按照上述活化鋸屑的步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，將鋸屑活化后過(guò)濾，干燥，研磨作為備用的鋸屑模板。與此同時(shí)，本實(shí)驗(yàn)還進(jìn)行了不同活化時(shí)間的比較，分別將鋸屑用2mol/l的硫酸活化1h，2h，3h等，然后將活化后的鋸屑過(guò)濾，干燥，研磨作為備用模板。2.2.3 實(shí)驗(yàn)條件的確定 本論文是在確定硫酸活化的鋸屑的效果最佳之后，又進(jìn)行了吸附試驗(yàn)的確定，主要在吸附時(shí)間和濃度方面展開(kāi)實(shí)驗(yàn)。在探究時(shí)間對(duì)鋸屑吸附錳源的影響中，為了減少實(shí)驗(yàn)的誤差，本文做了三組平行試驗(yàn)，每組實(shí)驗(yàn)取十個(gè)不同的時(shí)間區(qū)間，然后處理實(shí)驗(yàn)進(jìn)行測(cè)試吸附量。稱(chēng)量0.025 mol（約為4.225 g）mnso4作為錳源，將mnso4加入50 ml的蒸餾水中，磁力攪拌直到全部溶解為止，加入2 mol的h2so4活化的鋸屑，探討時(shí)間