论文摘要：二氧化锰铸型氧化锰多孔材料的制备及电化学性能研究

本研究论文主要包括综述、实验及电化学性能测试三大部分。第一章综述部分主要论述了多孔氧化锰的结构特征、合成方法、性质、应用领域以及发展前景。实验部分（第二、三章）阐述了以层状氧化锰为前驱体和MnO2作为铸型剂，通过离子交换法和剥离/重组技术制备了氧化锰铸型层状氧化锰多孔材料的研究。第三章电化学性能测试部分主要进行了所制备的氧化锰铸型层状氧化锰多孔材料的电容性能研究。
采用离子交换法制备了氧化锰插入的层状氧化锰多孔材料。首先应用氧化沉淀法制备了钠型层状氧化锰（Na-Birnessite），钠型层状氧化锰在酸性溶液中通过离子交换反应转换为氢离子型层状氧化锰（H-Birnessite）。以H-Birnessite为前驱体，Mn2+离子为插入客体，借助于离子交换反应得到了Mn2+离子插层的层状氧化锰。随后通过氧化剂将Mn2+离子插层的层状氧化锰氧化，得到二氧化锰铸型的层状氧化锰。将二氧化锰铸型的层状氧化锰于空气中200 °C煅烧3 h，得到氧化锰柱撑的层状氧化锰多孔材料。所得材料层间距为0.66 nm，但层状结构破坏严重。在此基础上，考察了Mn2+离子浓度对中间反应物Mn2+离子插入的层状锰氧化物结构的影响。研究结果表明，离子交换法制备的氧化锰多孔材料层状结构破坏严重，结晶性和热稳定性较差，实验结果不理想。采用XRD，DSC-TGA，SEM，IR，原子吸收等手段对所合成的多孔材料进行了表征。
采用剥离/重组法制备了氧化锰插入的层状锰氧化物多孔材料。将前驱体氢型层状锰氧化物（H-Birnessite）加入到四甲基氢氧化铵溶液中，得到四甲基铵离子插入的层状锰氧化物，水洗剥离，形成锰氧纳米层胶体溶液。随后将二价锰盐溶液加入到剥离的锰氧纳米层胶体溶液中，发生重组反应，得到Mn2+离子插入的层状锰氧化物。通过氧化剂将其氧化，得到氧化锰插入的层状锰氧化物铸型产物。将铸型产物在空气中200 °C煅烧3 h，得到氧化锰柱撑层状氧化锰多孔材料。200 °C煅烧3 h所得材料保持了层状结构，其比表面积为116 m2/g，层间距为0.69 nm。考察了Mn2+离子浓度对产物结构的影响，优化了反应条件。研究结果表明，剥离/重组技术是制备多孔材料的有效途径之一，所得氧化锰多孔材料保持了相对较完整的层状结构特征，结晶性和热稳定性相对较好。采用XRD，DSC-TGA，SEM，TEM，IR，N2吸附-脱附实验及元素分析等手段对所制备的多孔材料进行了表征分析。
进行了所制备氧化锰铸型层状氧化锰多孔材料的电容性能研究。通过循环伏安技术测试了制备材料的电化学性能，结果表明热处理过程对产物的结构及电化学性能有很大的影响。氧化锰插入的层状氧化锰在300 °C煅烧后所得材料表现出优良的电容性能，在5 mV/s扫描速度和1 mol/L的Na2SO4溶液中，该材料显示具有较好的比电容，比电容量达到200 F/g。同时，电容循环实验结果表明，该电极材料显示了较好的电化学可逆性及较长的循环寿命，600次循环后其比电容保持率为124％，说明该材料是较理想的超级电容器电极材料。

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