MnxOy/C复合材料的仿生合成及性能开题报告

1. 研究目的与意义

锰氧化物的骨架结构是[mno₆]八面体，氧原子在八面体顶点上，锰原子在八面体中心[mno₆]八面体共棱连接形成单键，双键或多链，链之间再共顶点而形成有空隙的隧道结构，[mno₆]八面体构成六方紧密堆积或者立方紧密堆积，正由于锰氧化物可由不同的链构成，且[mno₆]八面体又可有不同的堆积方式，所以锰氧化物的晶体结构非常复杂，种类繁多。锰原子由于存在不同的价态，因而介孔锰氧化物可能具备新颖的物理，化学特性，例如电磁，光电以及催化性能等，而且锰氧化物以其出色的阳离子交换能力，分子吸附性能以及在电化学，磁性能等方面的优异特性，使它在氧化还原催化，分子筛，锂电池正极材料及磁性材料等方面的应用十分引人注目。

1.超级电容器电极材料

超级电容器作为一种新一代储能元件，以其高倍率充放电性能，高功率密度，长久的循环寿命而被广泛关注，在信息，交通，电子等领域具有很大的潜能和应用价值，而超级电容器的性能主要依赖于电极材料的活性剂动力学特性。金属氧化物具有较高的理论比容量和良好的可逆性，而被认为是最具潜力的超级电容器电极材料。在众多金属氧化物电极材料中，mno₂因其理论比容量高，价格低廉和环境友好被广泛关注，但是mno₂电极材料的团聚性而引起的内部材料不能与电解液有接触，所以导致了mno₂电极材料较差的电化学性能。研究发现，采用不同碳材料为基底，合成不同结构与形貌的碳-mno₂纳米复合材料，作为超级电容器电极材料，能提高mno₂在充放电过程中的利用率和导电性，通过调节不同浓度的高锰酸钾和碳球的反应，可以得到不同结构形貌的碳基mno₂ 复合材料，而其中半空心结构复合材料拥有最高的电化学性能，其电化学容量可达273fg^-1,同时具有良好的倍率性能，以及良好的稳定性（循环1000次剩余85.9%），显示出了良好的应用前景。

2. 研究内容和预期目标

本课题主要研究内容

对碳基锰氧化物进行仿生制备，并对其的组成结构进行研究，测试物理及化学性质。

具体内容如下：

3. 研究的方法与步骤

本实验使用的方法和步骤如下：

（1）采摘一种花瓣生物样品，收集花瓣，并用去离子水洗2-3次；

（2）将去离子水和乙醇以1:1的比例调配好，将清洗好的花瓣置于装有配液的盆中，并加入浓盐酸调节ph至1-2，用保鲜膜密封保存浸泡一周；

4. 参考文献

[1]李峰，碳载氧化锰复合材料的制备及其在氧化电催化还原中的应用。复旦大学硕士学位论文，2008.

[2]thackeray m.m,johnson c.s,kahaian a.j,kepler k.d,vaughey j.t,shao h.y,hackney s.a,stabilization of insertion electrodes for lithium batteries,j.powersources,1999,81-82:60-66.

[3]zhao h. l, ng d. h. l, lu z. q, ma n. g. j, carbothermal synthesis of snxsb anodematerial for secondary lithium-ion battery, alloys and compounds, 2005, 395, 192-200.

5. 计划与进度安排

2022-1-10～2022-3-1 查阅文献，制定实验方案，完成开题报告。

2022-3-2～2022-3-30 采集花瓣样品，并用乙醇，酸溶液处理，浸泡到不同的锰离子溶液中制得样品，并放入管式炉中燃烧得样品残渣。

2022-4-1～2022-4-20 将制得的样品用红外光谱仪，拉曼光谱仪，x射线衍射仪，电子显微镜等仪器研究其组成结构。