《二氧化锰聚合物复合材料的循环伏安法制备及性能研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《二氧化锰聚合物复合材料的循环伏安法制备及性能研究（64页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、河北师范大学 硕士学位论文 二氧化锰-聚合物复合材料的循环伏安法制备及性能研究 姓名：程富民 申请学位级别：硕士 专业：物理化学 指导教师：丁克强 20100406 III 摘 要 作为一种重要的电极材料，MnO2由于具有价格低廉、比表面积大、来源广泛、对 环境友好、电化学性能稳定、理论比电容高和可逆性高等优点，已广泛应用于中性锌锰 干电池作去极化剂及一次、二次碱锰和锂锰电池中。但是由于天然二氧化锰(natural manganese dioxide, NMD) 矿的电化学活性较差，而且近几年来二氧化锰矿产巨大的开 采量导致其资源日益枯竭，化学电源工作者就更加注重对二氧化锰电极材料进行改性的
2、研究。 本文在利用循环伏安(cyclic voltammetry, CV) 的电化学方法沉积二氧化锰的基础 上，以扫描速度为例探讨了沉积条件对二氧化锰比电容的影响。并比较了不同方法电镀 二氧化锰形貌的差异。通过分别与电子导电聚合物(electronically conducting polymers, ECPs)：聚苯胺(polyaniline, PANI) 和聚吡咯(polypyrrole, PPy) 组成复合二氧化锰电极 研究了二氧化锰的掺杂性，获得的主要结果、结论如下： 1、可以利用循环伏安的方法在石墨电极上电沉积二氧化锰，根据 Mn() 的扩散 系数计算了反应的摩尔电子转移数, 并根据
3、不同扫描速度电沉积二氧化锰的电化学反应 数据推测了石墨电极上循环伏安法沉积 MnO2的 EC 反应 (electrochemical- chemical reaction)机理。电化学测试表明制备二氧化锰的面积比电容随着扫描速度的增大而减小， 而且电极材料具有较强的对氧还原反应的催化活性，并首次通过速控步和平衡态近似法 建立该反应的催化动力学模型。 2、通过利用包括计时电位、电位阶跃和恒电位在内的其它电化学实验方法得到形 貌可控的二氧化锰。 3、可以利用循环伏安的方式在石墨电极上电沉积二氧化锰- 聚苯胺复合电极材料， 二氧化锰- 聚苯胺的扫描电镜(scanning electron micro
4、scopy, SEM) 照片表明二氧化锰包 裹着聚苯胺形成空间链结构。X- 射线能量色散谱(energy dispersive x- ray spectrometer, EDS) 元素分析图中 Mn 的峰说明在石墨电极上的锰元素来自于电沉积出来的二氧化 锰。 热重分析(thermo gravimetric analysis, TGA) 表明二氧化锰- 聚苯胺复合电极材料具有 良好的热稳定性。 4、可以利用循环伏安的技术在石墨电极上沉积制备二氧化锰- 聚吡咯复合膜电极， 循环伏安测试表明二氧化锰- 聚吡咯电极具有较强的储存电荷能力, 恒电流充放电曲线 IV 表明二氧化锰- 聚吡咯材料具有良好的循
5、环稳定性。氧还原电测试显示二氧化锰- 聚吡咯 电极具有对氧气还原较高的催化性。 关键词：循环伏安 复合电极 二氧化锰 导电聚合物 比电容 氧气还原反应 V Abstract As an important electrode material, owing to its such unique properties as low price, large specific area, resource abundance, environmental friendliness, steady electrochemical characteristic, high specific capac
6、itance and excellent reversibility, manganese dioxide has been extensively utilized in neutral zinc, primary and secondary alkaline, as well as lithium/manganese cells. Whereas because of its inferior electrochemical activity, MnO2 resource runs out gradually, therefore chemists are focusing on the
7、modification of MnO2 electrode material. In this thesis, on the basis of manganese dioxide preparation through CV technique, the influence of scan rate on the obtained manganese dioxide was discussed. The difference of deposition method of manganese dioxide was compared. The doped effect of manganes
8、e dioxide with two typical electronically conducting polymers (ECPs): PANI (polyaniline) and PPy (polypyrrole) was investigated. And we reach major results and conclusions below. 1、Manganese dioxide was successfully deposited on a graphite substrate at room temperature via CV (cyclic voltammetry). T
9、he number of electron transferred was calculated according to the results of cyclic voltammograms at different scan rates and diffusivity value of Mn(). The EC (electrochemical- chemical) reaction mechanism of MnO2- deposition on a graphite electrode was inferred, basically in accordance with litera
10、ture. Results obtained from electrochemical techniques demonstrate that the area- based specific capacitance of this composite decreases with scan rate. This material has excellent charge- storage ability and good electrocatalysis for ORR (oxygen reduction reaction). And for the first time, the dyna
11、mic model of catalysis for ORR was established. 2、Manganese dioxide was successfully deposited on a graphite substrate at room temperature via various electrochemical techniques other than CV, such as chronopotentiometry, chronoamperometry and potentiostatic methods. Controlled morphologies of manga
12、nese dioxide were acquired shown by SEM (scanning electron microscopy). 3 、 Manganese dioxide/polyaniline composite film materials were successfully fabricated on a graphite substrate at room temperature via CV. Results obtained from SEM VI images show MnO2- PANI chain structure and Mn peak of EDS (
13、energy dispersive x- ray spectrometer) element analysis illustrates the formation of Mn on a graphite electrode originates from deposited MnO2. Thermo gravimetric analysis demonstrates the excellent thermal steadiness of Manganese dioxide/polyaniline composite. 4 、 Manganese dioxide/polypyrrole comp
14、osite film materials were successfully fabricated on a graphite substrate at room temperature via CV. Results obtained from CV measurements demonstrated that this composite has excellent charge- storage ability. Chronopotentiograms demonstrate the excellent reversibility of the materials. Finally th
15、is product was employed to ORR, and results obtained from CVs demonstrate that this composite has enhanced electrocatalysis for ORR when compared to the pure PPy. Key words: Cyclic Voltammetry Composite Electrode Manganese Dioxide Electronically Conducting Polymers Specific Capacitance Oxygen Reduct
16、ion Reaction II 学位论文原创性声明 本人所提交的学位论文二氧化锰- 聚合物复合材料的循环伏安法制备及性能研 究 ，是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的原创性成果。除文中已经注明引 用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文 的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中标明。 本声明的法律后果由本人承担。 论文作者（签名） ： 指导教师确认（签名） ： 年 月 日 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解河北师范大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学 位论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权河北师范大学可以将学位论 文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其它复制手段保 存、汇编学位论文。 （保密的学位论文在 年解密后适用本授权书） 论文作者（签名） ： 指导教师（签名） ： 年 月 日 年 月 日 1 1 绪 论 能源制约着国民经济的命脉，是提高人民物质水平的必要前提。随着人类步入 21 世纪，社会对能源发展的要求更高。伴随着过度开
