基本信息
- 项目名称：
- 锯屑天然模板法合成γ－MnO2 及其电容性能的研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 以锯屑为模板，结合溶胶-凝胶法合成了γ－MnO2纳米棒。借助XRD、FT-IR和TEM等对产物成分、晶型结构，形貌大小等进行分析，并对它们的形成机理做了初步探讨。X-射线衍射测试结果证实所得样品分别为γ-MnO2 纳米棒。透射电镜试结果表明所得棒状γ-MnO2 纳米棒平均直径为10nm 左右，平均长度约为150nm。样品的分散性都较好，不存在着明显的团聚。
- 详细介绍：
- 本文首次以锯屑为模板，结合溶胶-凝胶法合成了γ－MnO2纳米棒。借助X-射线衍射测试（XRD）、红外光谱测试（FT-IR）和透射电镜（TEM）等对产物成分、晶型结构，形貌大小等进行分析，并对它们的形成机理做了初步探讨。X-射线衍射测试结果证实所得样品分别为γ-MnO2 纳米棒。红外光谱测试进一步证明所制备的样品为MnO2。透射电镜试结果表明所得棒状γ-MnO2 纳米棒平均直径为10nm 左右，平均长度约为150nm。样品的分散性都较好，不存在着明显的团聚。
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撰写目的和基本思路
- 一维纳米材料的制备以及性能的研究是当今纳米材料研究的重要领域，寻找一种反应条件温和，易于操作，简单方便的方法来制备一维纳米材料是极其重要的。纳米MnO2材料是制做超级电容器的理想材料之一，特别是准一维纳米MnO2 材料因其具有更多的活性点，更适宜做超级电容器的材料。 可见，利用锯屑天然模板独特的多孔结构和介孔结构, 设计、制备结构和功能独特的新材料是一种制备简便、方法新颖而且环保的材料合成方法。
科学性、先进性及独特之处
- 锯屑属于废弃的天然木材残料，来源丰富, 廉价易得。更重要的是锯屑属于可再生的天然多孔性材料，其优异的结构形态为特殊形貌的纳米MnO2 的成型提供了骨架，而且在高温下锯屑的主要成分炭可与空气中的氧气作用放出H2O和CO2，所以它们还同时具有易脱除且脱除后无污染的优点，表现出了优良的限域反应模板作用。
应用价值和现实意义
- 采用锯屑模板辅助合成 MnO2 纳米棒的新方法合成目标产物，并对所得纳米材料的超级电容特性进行初步研究。这为寻求理想的超级电容器活性材料，为能源的充分有效利用提供理论依据及实践基础。 该项目拟用的合成方法的应用对模板合成法的完善以及该制备方法的拓展应用具有推动作用。提供一种有效、易于规模化合成多品种超细结构的方法，对于加快纳米产品的实用化过程具有较强的指导意义和应用价值。
学术论文摘要
- 本文首次以锯屑为模板，结合溶胶-凝胶法合成了γ－MnO2纳米棒。借助X-射线衍射测试（XRD）、红外光谱测试（FT-IR）和透射电镜（TEM）等对产物成分、晶型结构，形貌大小等进行分析，并对它们的形成机理做了初步探讨。X-射线衍射测试结果证实所得样品分别为γ-MnO2 纳米棒。红外光谱测试进一步证明所制备的样品为MnO2。透射电镜试结果表明所得棒状γ-MnO2 纳米棒平均直径为10nm 左右，平均长度约为150nm。样品的分散性都较好，不存在着明显的团聚。
获奖情况
- 无
鉴定结果
- 推荐一等奖
参考文献
- 1、张立德，牟季美．纳米材料与纳米结构[M]，北京：科学出版社，2002， 14-16． 2、Martin C. R. Nanomaterials:A membrane-based synthetic approach[J.].Science, 1994, 26(6):1961- 1966. 3、Xia Y., Yang P., Sun Y., et al. One-Dimensional Nanostructures, Synthesis, Characterization and Applications[J]. Adv.Mater ,2003, 15:353-389. 4、汤宏伟，王蒋亮，常照荣，等．溶胶-凝胶模板法制备氧化镍纳米线[J]．表面技术，2007，36(4)：15-19． 5、张春霞,陈野,舒畅,等．熔盐法制备λ-MnO2及其超级电容性能[J]．精细化工,2007,25(2):67-70． 6、刘献明，张校刚，包淑娟，等．掺钴MnO2电极的电化学电容行为研究．功能材料与器件学报．003，9(3)：267-271． 7、M.Toupin, T.Brousse,Be1anger D.Influence of Microstructure on the Charge Storage Properties of Chemically Synthesized Manganese Dioxide [J].Chem Mater,2002,14(9):3946-3952. 8、汪形艳，王先友，黄伟国．溶胶-凝胶模板法合成MnO2纳米线[J].材料科学与工程学报，2005,23(1)：113-115． 9、张治安，杨邦朝，邓梅根，等．超级电容器纳米氧化锰电极材料的合成与表征[J]．化学学报，2004，62(17):1614-1620．
同类课题研究水平概述
- 目前，对超级电容器的研究主要集中于研制各种具有高比容量及性价比高的活性材料。Ru和Ir等贵金属氧化物电极材料的比容量很高(Hu and Chen, 2004;Wataru et al, 2004)，显示出巨大的应用潜力，但昂贵的价格限制了它们的商业应用。因此，寻找价廉且电容性能优良的替代型氧化物成为超级电容器应用和发展的关键问题。MnO2由于成本低廉、资源丰富、对环境友好、电化学性能良好而备受关注（Lee et al, 1999；Pang et al,2000；Toupin et al, 2002；Toupin et al,2004）。纳米级MnO2的结构、形态、尺寸对其电化学性能有显著影响( Toupin et al,2002；Ma et al,2007；Machefaux et al,2007)，为了获得更多结构新颖、性能优越的MnO2，人们不断地探索各种特殊纳米结构MnO2的合成方法。Wu等(Wu et al,2005)用电沉积法制备了MnO2纳米线，其电容量达到了350 Fg-1。Chen等(2005)用高粘度化学沉淀得到了棒状α-MnO2和-MnO2的混晶，最大比容量高达398 Fg-1。Subramanian(2005，2006)、袁中直(2004)以及Chen(2005)等利用水热法合成了MnO2纳米棒或纳米线，电化学分析表明所得一维纳米样品具有优良的超级电容器性能。此外，Li等(2006)通过水热法合成了兰花状的MnO2，在1molL-1的(NH4)2SO4电解液中具有较好的电容特征。亓淑艳等(2008)采用水热法合成了海胆球形和单相纳米线形MnO2，并证明两种形貌的MnO2在2molL-1的(NH4)2SO4电解液中的比容量分别为244 Fg-1、159 Fg-1。Wang等(2005)用AAO模板法合成了MnO2纳米线，循环伏安实验结果表明MnO2纳米线在2molL-1的(NH4)2SO4电解液中的比容量达165 Fg-1。Xue等(2006)用模板电沉积法合成具有优良电容器性能的无定型MnO2纳米线。可见，具有特殊纳米结构MnO2的合成主要集中于水热法和模板法。
