中空sn摻雜mno2微球的制備及其用于超級電容器的研究

1、中空中空Sn摻雜摻雜MnO2微球的制備微球的制備及其用于及其用于超級電容器的研究超級電容器的研究ResearchonthepreparationelectrochemicalpropertiesofhollowSndopedMnO2microspherefsupercapacit學科專業(yè)：化學工程研究生：許世龍指導教師：張裕卿教授天津大學化工學院二零一四年六月萬方數(shù)據(jù)摘要摘要摘要近年來，能源危機不斷加深，傳統(tǒng)化石燃料的使用也使環(huán)境日益惡

2、化。而二氧化錳具有電化學性能良好，能量密度高，價格低廉，環(huán)境友好等優(yōu)點，使其成為超級電容器的熱點材料。本文把二氧化錳作為超級電容器電極材料的研究對象，針對二氧化錳電子傳導率低、比表面積小等缺陷，提出將二氧化錳制備成中空結構，并將錫摻雜進二氧化錳的晶格中。中空結構可以顯著地提高其比表面積，進而提高其比容量。而將錫摻雜進二氧化錳晶格中可以增加其氧空位，提高二氧化錳材料的電子傳導率。本文首先通過水合法制備出SnMnCO3SiO2殼核結構前驅體

3、，然后通過高溫煅燒得到SnMnO2SiO2多孔的殼核結構材料，最后用NaOH溶液將內部的SiO2核刻蝕掉形成Sn摻雜的中空MnO2電極材料(記為SnHMnO2)。在煅燒過程中，MnCO3受熱分解產生的CO2氣體會使SiO2上的SnMnO2包覆層表面形成多孔結構，進而有利于NaOH溶液進入微球內部將SiO2核刻蝕掉。材料制備完成后利用單因素實驗，通過恒電流充放電測試研究了二氧化硅用量、乙二醇用量、反應溶液pH值、煅燒溫度、刻蝕時間、Sn的

4、摻雜量等制備工藝條件對二氧化錳比容量的影響。測試確定的最佳工藝條件為：SiO2:MnSO4=2:4(mol:mol)、C2H6O2:H2O=2:8(ml:ml)、反應溫度30℃、反應溶液pH=8、煅燒溫度450℃、刻蝕時間90min、四氯化錫用量3mol%（vs.MnSO4）。恒電流充放電測試表明，最佳制備工藝條件下的SnHMnO2電極材料的比容量為243Fg，未使用任何中空結構制備工藝條件的純二氧化錳(記為PMnO2)電極材料的比容量

5、為131Fg，其比容量增大了85.5%。BET結果表明純MnO2粒子的比表面積為145m2g，而SnHMnO2粒子的比表面積為256m2g，中空制備工藝使MnO2的比表面積增大了76.6%。紅外光譜的結果表明Sn成功地被摻雜進MnO2的晶格中。然后，對PMnO2電極以及SnHMnO2電極的循環(huán)伏安性能以及交流阻抗性能進行了分析與比較。從循環(huán)伏安曲線可以看出，SnHMnO2電極擁有更良好的可逆性。交流阻抗測試表明，SnHMnO2電極的電子