(2)水熱合成:將(I)中的溶液轉(zhuǎn)入60mL耐壓反應(yīng)釜中，于120°C下加熱12h，得到棕黑色懸浮液，將棕黑色懸濁液過濾后得到濾渣。用去離子水和乙醇交替洗滌3遍，然后將產(chǎn)物在80°C下干燥3h ;
(3)焙燒:將(2)中干燥好的樣品送入馬弗爐中在320°C下焙燒5h，冷卻后得到最終固體二氧化錳粉末。
[0023]按活性物質(zhì)二氧化錳:乙炔黑:PTFE=80:15:5的質(zhì)量比例混料，并涂覆在泡沫鎳上作為工作電極，在辰華CH1-660E電化學(xué)工作站上，測試其比電容可以達(dá)到140.4F/g(在0.5A/g電流密度下)。在整個電化學(xué)測試過程中電解液為0.5M Na2SO4溶液，參比電極為飽和甘汞電極，對電極為鉑片電極。測試的CV曲線如圖2，在低掃描速度時，樣品的循環(huán)伏安曲線都為對稱或近似對稱的矩形，表現(xiàn)出良好的電容特性。隨著掃速的增加，曲線逐漸轉(zhuǎn)換為扭曲的橢圓形；測試的充放電曲線圖3，充放電曲線呈現(xiàn)出典型的三角形對稱分布，表明樣品具有良好的充放電特性，電極反應(yīng)的可逆性很好；測定工作電極穩(wěn)定性時，當(dāng)重復(fù)循環(huán)1000次后，其比電容可以保持99.5% (如圖4)。
[0024]實(shí)施例2
(1)溶液配制:將高錳酸鉀和尿素按物質(zhì)的量的比為1:1混合，各物質(zhì)的量為8mmol并加入48mL去離子水，配制成濃度為0.167mol/L，在常溫下磁力攪拌Ih ；
(2)水熱合成:將(I)中的溶液轉(zhuǎn)入60mL耐壓反應(yīng)釜中，于140°C下加熱llh，得到棕黑色懸浮液，將棕黑色懸濁液過濾后得到濾渣。用去離子水和乙醇交替洗滌3遍，然后將產(chǎn)物在80°C下干燥3h ;
(3)焙燒:將(2)中干燥好的樣品送入馬弗爐中在350°C下焙燒5h，冷卻后得到最終固體二氧化錳粉末。
[0025]將最終得到的二氧化錳粉末用于超級電容器電極材料，按活性物質(zhì):乙炔黑:PTFE=80:15:5的比例混料，并涂覆在泡沫鎳上作為工作電極。電化學(xué)工作站為CHI660E，最終比電容可以達(dá)到97.4F/g(在0.5A/g電流密度下，電解液為0.5M Na2SO4溶液，參比電極為飽和甘汞電極，對電極為鉑片電極)
實(shí)施例3
(1)溶液配制:將高錳酸鉀和尿素按物質(zhì)的量的比為1:1混合，各物質(zhì)的量為1mmol并加入48mL去離子水，配制成濃度為0.208mol/L，在常溫下磁力攪拌Ih ；
(2)水熱合成:將(I)中的溶液轉(zhuǎn)入60mL耐壓反應(yīng)釜中，于120°C下加熱12h，得到棕黑色懸浮液，將棕黑色懸濁液過濾后得到濾渣。用去離子水和乙醇交替洗滌3遍，然后將產(chǎn)物在80°C下干燥3h ;
(3)焙燒:將(2)中干燥好的樣品送入馬弗爐中在400°C下焙燒2h，冷卻后得到最終固體二氧化錳粉末。
[0026]將最終得到的二氧化錳粉末用于超級電容器電極材料，按活性物質(zhì):乙炔黑:PTFE=80:15:5的比例混料，并涂覆在泡沫鎳上作為工作電極。電化學(xué)工作站為CHI660E，最終比電容可以達(dá)到100.2F/g(在0.5A/g電流密度下，電解液為0.5M Na2SO4溶液，參比電極為飽和甘汞電極，對電極為鉑片電極)。
[0027]實(shí)施例4
(1)溶液配制:將高錳酸鉀和尿素按物質(zhì)的量的比為1:1混合，各物質(zhì)的量為12mmol并加入48mL去離子水，配制成濃度為0.250mol/L，在常溫下磁力攪拌Ih ；
(2)水熱合成:將(I)中的溶液轉(zhuǎn)入60mL耐壓反應(yīng)釜中，于120°C下加熱12h，得到棕黑色懸浮液，將棕黑色懸濁液過濾后得到濾渣。用去離子水和乙醇交替洗滌3遍，然后將產(chǎn)物在80°C下干燥3h ;
(3)焙燒:將(2)中干燥好的樣品送入馬弗爐中在320°C下焙燒5h，冷卻后得到最終固體二氧化錳粉末。
[0028]將最終得到的二氧化錳粉末用于超級電容器電極材料，按活性物質(zhì):乙炔黑:PTFE=80:15:5的比例混料，并涂覆在泡沫鎳上作為工作電極。電化學(xué)工作站為CHI660E，最終比電容可以達(dá)到123.9F/g(在0.5A/g電流密度下，電解液為0.5M Na2SO4溶液，參比電極為飽和甘汞電極，對電極為鉑片電極)。
[0029]利用HItaChi的S-4800測試所得MnO2的形貌(如圖1)，可以看到視場內(nèi)均勻分布著大量蜂窩狀MnO2，而且形貌和大小均一。因此，說明該MnO2納米顆?？梢酝ㄟ^簡單的水熱法大量合成。實(shí)施1-4，隨著反應(yīng)物高錳酸鉀和尿素濃度的增加，蜂窩狀分級結(jié)構(gòu)中一級納米粒子逐漸伸展拉長(如圖1中a、b、c、d所示)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種蜂窩狀分級結(jié)構(gòu)納米二氧化錳的制備方法，其特征在于包括如下步驟: (1)一個配制前驅(qū)體溶液的步驟，稱取高錳酸鉀和尿素，高錳酸鉀和尿素的質(zhì)量比為1:0.9-1:1.2，將高錳酸鉀和尿素混合，并加入去離子水，在常溫下磁力攪拌，獲得濃度范圍為0.125-0.250mol/L的前驅(qū)體溶液； (2)將(I)中的前驅(qū)體溶液轉(zhuǎn)入耐壓反應(yīng)釜中，于120~160°C下加熱7~12h，得到棕黑色懸浮液，將棕黑色懸濁液過濾后得到濾渣，濾渣用去離子水和乙醇交替洗滌，然后將產(chǎn)物干燥； (3)一個焙燒的步驟，將(2)中干燥好的樣品送入馬弗爐中在300~400°C下焙燒3~6h，冷卻后得到蜂窩狀分級結(jié)構(gòu)納米二氧化錳。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種蜂窩狀分級結(jié)構(gòu)納米二氧化錳及其制備方法，按照KMnO4:CO(NH2)2摩爾比為1:0.9~1.2的比例配制錳源為0.125~0.250mol/L的前驅(qū)體溶液；以KMnO4為氧化劑，CO(NH2)2為還原劑，通過在120~160℃溫度下進(jìn)行11~12h水熱反應(yīng)生成前驅(qū)體；將所得水熱產(chǎn)物放到馬弗爐里300~400℃下煅燒處理3~6h，即可得到最終蜂窩狀分級結(jié)構(gòu)的納米MnO2。對所得蜂窩狀分級結(jié)構(gòu)的納米MnO2測試其電容性質(zhì)，比電容在0.5A/g電流密度下，可以最高達(dá)到140.4F/g；在2A/g電流密度下，循環(huán)了1000次后比電容為原來的99.5%，是一種良好的超級電容器的電極材料。
【IPC分類】B82Y30/00, B82Y40/00, C01G45/02
【公開號】CN105129858
【申請?zhí)枴緾N201510384574
【發(fā)明人】房永征, 祁鵬, 金建群, 黃成杰, 章開, 張娜
【申請人】上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院
【公開日】2015年12月9日
【申請日】2015年6月30日