电沉积二氧化锰成核机理及其充放电性能.pdf

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1、第32卷第9期应用化学V01．32Iss．92015年9月CHINESEJOURNALOFAPPLIEDCHEMISTRYSep．2015电沉积二氧化锰成核机理及其充放电性能冯谙范利军蔡陶李文坡(重庆大学化学化工学院重庆401331)摘要采用计时电流法沉积纳米MnO电极材料，利用Scharifker—Hills成核理论模型分析时间-电流(i-t)曲线判断了MnO：成核机理。对3种不同的成核方式制得的MnO：材料进行电化学超级电容性能测试、用SEM观察了其微观形貌。比较了不同沉积方法对沉积材料结构、电容性能的影响。计时电流测试发现，在0．1mol／LM

2、n溶液中，电势阶跃至0．365V，初始成核符合瞬时成核机理，在0．01mol／LMn“溶液中，电势阶跃至0．418V，初始成核存在瞬时成核和连续成核两种不同机理，在0．5mmolfLMn“溶液中，电势阶跃至0．515V，初始成核则符合连续成核机理。超级电容性能测试发现，瞬时成核下制得的MnO：电极材料相对于另外两种成核方式得到的电极材料具有更好的电容性能，这是因为瞬时成核更易于形成多孔、纳米片(棒)状等高比表面积的沉积物，表明制备方法影响MnO电极材料电容性能。关键词二氧化锰；电化学沉积；成核机理；超级电容中图分类号：0646．5文献标识码：A文章编

3、号：1000-0518(2015)09—1081-07DOI：10．11944／j．issn．1000-0518．2015．09．140446由于传统能源的匮乏和环境污染的日益严重，人类在可用能源方面面临着两大难题：新型清洁能源的开发和应用及如何提高现有能源的使用效率。随着新能源技术的发展，需要快速地发展关于新能源的转化、存储、使用等方面的新技术。超级电容器作为一种新型的能源存储设备，能很好地弥补传统储能设备在能量密度以及功率密度上的不足，在许多特殊领域有不可替代的作用J。常用超级电容器电极材料有碳材料、金属氧化物以及导电聚合物等]。其中MnO作为超

4、级电容器的电极材料，已经得到了非常广泛地研究。研究表明，MnO的电化学性能与其合成方法、条件以及使用的环境有紧密的联系。因此可以通过改变合成方法、控制合成条件等手段来提高MnO电极材料的性能。已报道的超级电容器电极材料MnO：的制备方法，包括溶胶凝胶法、水热合成法、电化学沉积法4。。其中，电化学沉积方法具有简单、可靠、准确、通用性强、成本低等优点，被证明在改变电极材料的结构和电化学性能方面有显著的效果。通过控制电化学沉积参数(如溶液浓度、温度、搅拌速度以及电流密度(过电势)大小等)，来控制MnO成核和生长方式(如连续成核、瞬时成核，二维生长、三维生长

5、)，最终控制MnO的形貌及晶体结构，从而影响MnO的超级电容性能J。本实验采用计时电流法制备MnO膜电极。通过分析不同电势下MnO沉积初始阶段的计时电流曲线，根据Scharifker—Hills(SH)的理论模型引，归一化处理电流一时问曲线，与理论成核曲线对照，判断MnO：的成核机理。采用循环伏安法(CV)、计时电势法(CP)以及交流阻抗法(EIS)等方法测试所制得的MnO：电极材料的电化学行为，根据公式及拟合结果计算不同电极材料的电容值，比较成核机制对制备电极材料电容性能的影响。1实验部分1．1仪器和试剂CHI660B型电化学工作站(上海辰华仪器有

6、限公司)，铂片辅助电极(天津艾达恒晟科技发展有限公司)，ITO导电玻璃工作电极(珠海凯为光电科技有限公司)，饱和KC1作盐桥的饱和甘汞电极(天津2014-12-25收稿，2015-04-13修回，2015-05-28接受国家自然科学基金项目(21003163)；中央高校基本科研业务费科研专项(106112013025)；重庆大学SRTP资金资助项目(CQU—SRTP~014378)资助通讯联系人：李文坡，讲师；TeL／F：023~5102531；E-mail：wpli@cqu．edu．cn；研究方向：应用电化学，功能材料1082应用化学第32卷艾达恒

7、晟科技发展有限公司)，JSM-7800F型扫描电子显微镜(日本JEOL公司)。Mn(cHCOO)z(川东化工试剂厂)，NasO(川东化工试剂厂)，CH，COONH(川东化工试剂厂)，KC1(川东化工试剂厂)，无水乙醇(川东化工试剂厂)，以上试剂均为分析纯。1．2配制溶液和准备电极配制电解溶液，1号溶液：0．5mmol／LMn(cH3COO)2+0．1mol／LNa2SO+0．1m0l／／LCH3COONH4；2号溶液：0．01mol／LMn(CH3COO)2+0．1mol／LNa2SO4+0．1mol／LCH3COONH4；3号溶液：O．1mol／L

8、Mn(CH3COO)2+0．1mol／LNa2SO4+0．1mol／LCH3COONH4。再配制0．1mol