纳米Mn3O4的仿生合成及表征开题报告

1. 研究目的与意义

能源是限制人类发展的重要因素，随着人类社会的不断发展与进步，对于能源的需求也是日益增大，在我们的日常生活中，大约有85%的能量是由化石燃料转化而来。化石燃料给人类带来了质的发展，但与此同时，化石燃料也给我们的生活环境带来了诸多问题：全球气候变暖、全球性酸雨、臭氧层空洞等。地球是人类的家园，如果地球环境继续遭受破坏，那么人类终将自食其果。只有与生态环境和平共处，人类才能更好地向前发展，因此化石燃料并非长久之计，加之全口人口总量不断攀升，开发新型清洁能源迫在眉睫。

核能、氢能、太阳能、风能这些可替代的能源降低了我们对化石燃料的依赖性，但是这些能源的获取途径并不稳定，所以我们更加需要一种能够储存这些可替代能源的设备，其中最有价值的就是电池。因此，我们要加大对电池方面的研究，促进电池的发展，延长电池循环的寿命，从而达到长期并且稳定储存能量的目的。

锂离子电池与传统的二次电池如ni/cd电池、铅酸电池、ni/mh电池等相比，在能量密度、功率及充放电性能方面有着明显的优势。而且锂离子电池还有着循环寿命长、自放电率低，绿色环保等优点。负极材料在电池结构中扮演着非常重要的角色，现在市场上商用的锂电池的负极材料主要是石墨，它的理论比容量仅有372mah/g，并且存在着锂离子嵌/脱速度慢、功率和能量密度低等不足，难以满足人们的需求。因此，研究开发出具有高能量密度、性能优异、绿色清洁的电极材料是提高锂离子电池电化学性能的关键。

2. 研究内容和预期目标

探索并确定模板法合成mn₃o₄纳米颗粒的最佳实验条件，将所得纳米mn₃o₄材料与传统mn₃o₄材料对比，研究材料用于锂离子负极材料时的性能。具体研究内容包括：

(1) 以预处理后的包菜菜叶为模板，通过浸润渗透、多次热处理等方式获得mn₃o₄纳米材料；

(2) 分析模板法所得材料与传统mn₃o₄的晶型、结构和形貌差异；

3. 研究的方法与步骤

常见mn₃o₄材料的合成方法主要有高温固相反应法、锰盐法、金属锰氧化法、水热法、电沉积法、溶胶-凝胶法等。

本实验使用的方法和步骤如下：

(1) 摘取包菜叶片中较薄的部分用做实验；

4. 参考文献

1. z. yang,j. zhang, m. kintner-meyer, et al. electrochemical energy storage for green grid[j].chemical reviews, 2011, 111(5): 3577-3613.

2. p. bruce,s. freunberger, l. hardwick, et al. li-o₂ and li-s batteries with highenergy storage[j]. nature materials, 2011, 11(1): 19-29.

3. p. poizot, s. laruelle, s. grugeon, et al.nano-sizedtransition-metal oxides as negative-electrode materials for lithium-ionbatteries[j]. nature, 2000, 407(6803): 496-499.

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   5. 计划与进度安排

   (1) 第1周~第4周，查阅资料，制定实验方案与计划，准备开题报告；外文翻译，论文前言部分的撰写；

   (2) 第5周~第8周，合成放生结构的mn₃o₄材料；对材料进行xrd、sem等表征；并探索材料制备条件对材料结构的影响；

   (3) 第9周~第12周，将所得材料组装成电池，测定样品的电化学性能，并比较仿生合成的材料与商用的mn₃o₄性能的差异；

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