多孔碳纳米管基MnO 2 电极材料的制备及其性能研究

发布时间：2025-07-19 03:16

　　超级电容器因其循环能力强,功率密度高,出色的稳定性等因素,而备受关注。其中对电极材料的研究一直以来都是重中之重,因为电极材料的优劣直观地反映了超级电容器性能的好坏。碳纳米管（CNTs）具有特殊的空腔结构,其自身的导电性良好,表面性质非常的稳定,在超级电容器中有很大的发展前景,但由于亲水性差、管束大量聚集、电容量较低,阻碍了其在电极材料中的应用。为了改善上述情况,本论文的主要研究内容如下:利用双氧水刻蚀碳纳米管开发了一种特殊的管壁具有多孔结构的碳纳米管（PCNTs）。PCNTs不仅保留了CNTs的优点,而且纳米孔的存在还增加了CNTs的润湿性,也为电解液渗透和离子传输提供了有效的途径。通过将CNTs和PCNTs与具有较大理论比电容的赝电容材料复合,合成了CNT/MnO2和MnO2@PCNT/MnO2复合材料。通过表征发现,MnO2纳米粒子不仅生长于管壁表面,而且填充到PCNTs管腔中。碳管的电子结构使MnO2@PCNT/MnO2管壁外的MnO2具有IV价,而在管腔内除了Mn（IV）还有Mn（III）存在。电化学测试表明,10 m V s-1时,与CNT/MnO2相比,MnO2@PCNT/M...

【文章页数】：82 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 超级电容器概述
        1.2.1 超级电容器的发展历史及应用前景
        1.2.2 超级电容器的储能机理及分类
        1.2.3 超级电容器电极材料的研究现状
    1.3 碳纳米管基材料在超级电容器中的应用
        1.3.1 碳纳米管在超级电容器中的应用
        1.3.2 杂原子掺杂碳纳米管在超级电容器中的应用
        1.3.3 碳纳米管复合材料在超级电容器中的应用
    1.4 本论文的选题依据与研究内容
第二章 实验部分
    2.1 实验试剂及仪器
        2.1.1 实验试剂
        2.1.2 实验仪器
    2.2 实验内容
        2.2.1 样品结构表征
        2.2.2 样品性能测试
    2.3 超级电容器的性能指标
        2.3.1 比电容
        2.3.2 循环稳定性
        2.3.3 内阻
    2.4 本章小结
第三章 MnO₂@PCNT/MnO₂ 复合材料的制备及表征
    3.1 引言
    3.2 多孔碳纳米管材料的制备及表征
        3.2.1 碳纳米管的纯化及多孔碳纳米管(PCNTs)材料的制备
        3.2.2 多孔碳纳米管材料的SEM、TEM表征分析
        3.2.3 多孔碳纳米管材料的XRD表征分析
        3.2.4 多孔碳纳米管材料的Raman表征分析
    3.3 碳纳米管-二氧化锰(CNT/MnO₂)复合材料的制备与表征
        3.3.1 CNT/MnO₂ 复合材料的制备
        3.3.2 CNT/MnO₂ 复合材料的TEM表征分析
        3.3.3 CNT/MnO₂ 复合材料的XRD表征分析
        3.3.4 CNT/MnO₂ 复合材料的XPS表征分析
        3.3.5 CNT/MnO₂ 复合材料的Raman表征分析
        3.3.6 CNT/MnO₂ 复合材料的电化学性能表征
    3.4 MnO₂@PCNT/MnO₂ 复合材料的制备与表征
        3.4.1 MnO₂@PCNT/MnO₂ 复合材料的制备
        3.4.2 MnO₂@PCNT/MnO₂ 复合材料的SEM表征分析
        3.4.3 MnO₂@PCNT/MnO₂ 复合材料的TEM表征分析
        3.4.4 MnO₂@PCNT/MnO₂ 复合材料的XRD表征分析
        3.4.5 MnO₂@PCNT/MnO₂ 复合材料的XPS表征分析
        3.4.6 MnO₂@PCNT/MnO₂ 复合材料的Raman表征分析
        3.4.7 MnO₂@PCNT/MnO₂ 复合材料的电化学性能表征
    3.5 本章小结
第四章 杂原子掺杂多孔碳纳米管-MnO2复合材料的制备及其电化学性能研究
    4.1 引言
    4.2 硼掺杂多孔碳纳米管-MnO2复合材料的制备及其电化学性能研究
        4.2.1 硼掺杂多孔碳纳米管(B-PCNTs)和其二氧化锰复合材料(MnO₂@B-PCNT/MnO₂)的制备
        4.2.2 B-PCNTs和 MnO₂@B-PCNT/MnO₂ 复合材料的表征
        4.2.3 B-PCNTs和 MnO₂@B-PCNT/MnO₂ 复合材料的电化学性能表征
    4.3 氮掺杂多孔碳纳米管-MnO2复合材料的制备及表征
        4.3.1 氮掺杂多孔碳纳米管(N-PCNTs)和其二氧化锰复合材料(MnO₂@N-PCNT/MnO₂)的制备
        4.3.2 N-PCNTs和 MnO₂@N-PCNT/MnO₂ 复合材料的表征
        4.3.3 N-PCNTs和 MnO₂@N-PCNT/MnO₂ 复合材料的电化学性能表征
    4.4 硼/氮共掺杂多孔碳纳米管-MnO2复合材料的制备及表征
        4.4.1 硼/氮共掺杂多孔碳纳米管(B/N-PCNTs)和其二氧化锰复合材料(MnO₂@B/N-PCNT/MnO₂)的制备
        4.4.2 B/N-PCNTs和 MnO₂@B/N-PCNT/MnO₂ 复合材料的表征
        4.4.3 B/N-PCNTs和 MnO₂@B/N-PCNT/MnO₂ 复合材料的电化学性能表征
    4.5 氟掺杂多孔碳纳米管-MnO2复合材料的制备及表征
        4.5.1 氟掺杂多孔碳纳米管(F-PCNTs)和其二氧化锰复合材料(MnO₂@F-PCNT/MnO₂)的制备
        4.5.2 F-PCNTs和 MnO₂@F-PCNT/MnO₂ 复合材料的表征
        4.5.3 F-PCNTs和 MnO₂@F-PCNT/MnO₂ 复合材料的电化学性能表征
    4.6 本章小结
第五章 结论
参考文献
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
致谢



本文编号：4057893