纳米铱-锰金属氧化物电极的制备及其电化学性能研究-材料学专业论文.docx

Studyon the preparationand electrochemicalperformance of nano iridium–manganese metaloxideelectrodeADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterOnMaterialSciencebyHuang Guang-binUndertheSupervisionofProf.Zhou Xian-liangSchoolofMaterialScienceandEngineeringNanchangHangkongUniversity,Nanchang,ChinaMay,2013本文采用热分解法和阳极电沉积法分别制备了纳米Ti/IrO2+MnO2析氧电极 和纳米Ti/IrO2/MnO2超级电容器薄膜电极。通过 X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FESEM)、循环伏安(CV)、交流阻抗谱(EIS)、恒流充放电(GV)等手段分别研究了钛基体刻蚀时间、铱和锰总离子浓度、铱-锰离子配比和热氧化分解温度 四个因素对纳米Ti/IrO2+MnO2析氧电极的结构和电催化性能的影响以及IrO2中间层、掺杂Mo、Fe元素和电沉积时间三个因素对纳米Ti/IrO2/MnO2电极的结构 和电化学性能的影响。研究表明，热氧化分解温度对纳米Ti/IrO2+MnO2电极析氧电催化活性影响 最大、其次为钛基体刻蚀时间、次之为铱-锰离子比例、铱锰总离子浓度影响最小。纳米Ti/IrO2+MnO2电极具有最高析氧电催化活性的制备工艺为：热氧化分 解温度400℃、钛基体刻蚀时间45min、铱-锰离子比例6:4、铱和锰总离子浓度0.3mol·L-1。随着纳米IrO2析出物尺寸的减小，纳米Ti/IrO2+MnO2析氧电极的析 氧电催化活性增大。随着电沉积时间的增加，MnO2单位面积担载量逐渐增加，纳米Ti/IrO2/MnO2电极的比电容下降。电沉积时间从 10s（担载量为 0.001mg·cm-2）增加到 180min（担载量为1.217mg·cm-2）时，纳米Ti/IrO2/MnO2电极比电容从1391.50F·g-1（与MnO2 理论比电容接近）下降为 246.20F·g-1。恒流充放电电流密度从 0.2mA·cm-2（放电倍率约为 20C）增加到 20mA·cm-2（放电倍率约为 3500C）时，电极的比电容由573.47F·g-1下降为379.18F·g-1，比电容仅衰减33.9%。循环伏安扫描速率从5mV·s-1增加到100mV·s-1时，电极的比电容由547.50F·g-1下降为457.42F·g-1，比电容仅衰减16.5%。纳米Ti/IrO2/MnO2电极在1mA·cm-2的放电电流下，经历1000 个循环后，比电容仅衰减 4.9%，电极具有优异的稳定性。关键词：纳米IrO2析氧阳极，纳米MnO2薄膜电极，阳极电沉积，电催化活性ThenanoTi/IrO2+MnO2anodeforoxygenevolutionandnanoMnO2electrodeforsupercapacitorwerepreparedrespectivelybythetraditionthermaldecompositionandanodicelectrodeposition.Theinfluenceofthematrixetchingtime,totalmetalconcentrationofprecursor,Ir4+/Mn2+moleratioandthermaldecompositiontemperatureonthestructureandelectrocatalyticactivityofnanoTi/IrO2+MnO2anodeandoftheIrO2middletier,dopingofMoandFeelementandelectrodepositiontimeonthestructureandelectrochemicalperformanceofnanoMnO2electrodewasanalysedbyX-ray (XRD),fieldemission scanningelectronmicroscope(FESEM),cyclicvoltammograms(CV),electrochemicalimpedancespectroscopy(EIS),galvanostatic(GV)charging/dischargingandsoon.Theorthogonalanalysesindicatedthattheorderfromthemaintominorfactorswasthermaldecompositiontemperatu