碳锰氧化合物复合材料的制备及电性能研究

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1、硕士学位论文碳/锰氧化合物复合材料的制备及电性能研究PREPARATIONANDPROPERTIESOFCARBON/MAGNGANESEOXIDECOMPOSITES李剑楠哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：TG151学校代码：10213国际图书分类号：621.78密级：公开工程硕士学位论文碳/锰氧化合物复合材料的制备及电性能研究硕士研究生：李剑楠导师：刘淑娟副教授申请学位：工程硕士学科：材料工程所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TG151U.D.C:621.78Dissertationf

2、ortheMasterDegreeinEngineeringPREPARATIONANDPROPERTIESOFCARBON/MAGNGANESEOXIDECOMPOSITESCandidate：JiannanLiSupervisor：Vice-Prof.ShujuanLiuAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：Materialphysics&chemistryAffiliation：SchoolofMaterialsScienceandEngineeringDateofDefence：June,2015

3、Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要随着能源问题和环境问题的日益成为热点问题，新的储能器件如超级电容器逐渐成为了化学和材料科学研究的热门方向。超级电容器电极材料产生电容的原因有双电层电容与赝电容，相对来说，赝电容所能带来的比容量更大，但在同样的充放电循环次数作用下，双电层尽管所能贡献的比电容小，但其循环稳定性相对更高。氧化锰是标准的赝电容材料，因具备高比电容、成本低廉和低毒性等特性，是电容器活性材料制备领域中的热门材料。碳材料是双电层电容材料，依靠其低电阻性与高比面

4、积，充放电过程中不发生化学反应，因此碳材料是一种高循环稳定性的电极材料。为突破单一材料的局限性，可以制备两种材料的复合材料，试图通过利用碳材料的高导电性和高稳定性，以及氧化锰的高比电容特性，制备具有良好性能的电极复合材料。本论文研究以多孔碳为基础结构，制备了三种多孔碳/氧化锰的复合材料，通过多种表征手段探索了多孔碳以及其复合材料的制备工艺，并进一步测量了三种复合材料的电化学性能。以石墨粉为原料分别使用微波法和改进氧化法制备了氧化石墨烯（GO），发现微波法制备GO的产量很低，而且制备的是多层的GO层片，改进的氧化法不但产率大，并且可以合成大量单层的GO。以抽滤法制备了石墨烯的介

5、孔薄膜，通过水热法制备了三维石墨烯凝胶，通过高温碳化法将猪骨烧结成多孔碳材料，并研究了影响各个材料微结构的制备工艺。制备了三维石墨烯/氧化锰纳米棒和三维石墨烯/氧化锰纳米花复合材料，并测试其电化学性能，通过调控氧化锰纳米棒和GO的质量比调控复合材料的电性能，发现氧化锰和GO的质量比为2:3时比电容最高，最终得到复合材料的比电容分别为75F/g和244F/g。首次使用微波水热法制备猪骨多孔碳/氧化锰复合材料，分别研究了材料组成、反应时间、反应温度对材料比电容性能的影响，得出多孔碳与高锰酸钾的质量比为1:2，反应时间3min，反应温度为180℃下制备得到的猪骨多孔碳/氧化锰复合材

6、料的电性能最优，比电容可达到73F/g。关键词：石墨烯；多孔碳；氧化锰；超级电容器-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractTheelectrodematerialofthesupercapacitorhasboththedoublelayercapacitanceandthepseudocapacitance.Pseudocapaciancealwayspresentlagercapacityinonecapacitor,butittoleratelesschargeanddischargecyclesthandoublelayercapacitance.Alth

7、oughthedoublelayercapacitancecontributelesstothecapacity,thematerialappearnoreactioninthecycles.Aspseudocapacitivematerial,manganeseoxideshavehighspecificcapacitance,lowcostandlowtoxicity.Carbonbasedmaterialsexhibitpredominatlystaticdoublelayercapacitenc