基于准电容器应用的孔结构锰氧化物的无模板法合成及其性能研究

利用绿色化学电源实现对间歇性新能源的储存和利用，是合理分配能源的有效方法。准电容器作为新兴的二次绿色电源向民用发展的有效途径之一，即是寻找成本低廉、环保且高效的电极材料。锰氧化物资源丰富、价格便宜、具有较高的比电容、且对环境友好，是一种很有前途的准电容器电极替代材料。本申请以孔结构锰氧化物为研究对象，采用湿化学合成方法为基础的无模板制备技术，利用有机分子引导Mn-O键组装形成三维空间网络架构，辅以后续氧化过程，形成由纳米颗粒聚集支构而成的孔结构锰氧化物。该材料兼具纳米、多孔材料的高比表面积性能。对材料进行宏观形貌、孔壁组成与孔结构特征三级调控，揭示锰氧化物组成与结构对其电容性能的影响规律，阐明锰氧化物电极反应机制。本项目的开展对准电容器替代电极材料的开发及准电容器的民用化发展具有重要的基础研究意义。

本项目深入研究了无模板辅助的湿化学方法合成纳米颗粒构成的孔结构聚集体锰氧化物，旨在利用纳米、多孔材料的高比表面积，获得具有优良性能的准电容器电极材料。通过大量实验工作得到孔结构锰氧化物，在此基础上建立了一条湿化学法合成多孔纳米颗粒聚集体的技术路线。根据材料结构、形貌、尺寸、阳离子价态随制备参数的变化规律，筛选出多孔α-二氧化锰电极材料，比电容近200 F.g-1，1000次循环充放电后效率保持90%，实现预期的研究目标。实验表明，孔结构的贯通性和浸润性、锰离子价态化学环境等因素对其电化学性能具有明显影响，其中阳离子掺杂技术明显提高电极材料的电化学性能。项目完成既定研究计划，研究成果共计发表SCI收录论文4篇，函待发表2篇，申请国家发明专利1项，培养硕士研究生5名。