银复合四氧化三锰的合成及超电容性能研究开题报告

1. 研究目的与意义、国内外研究现状（文献综述）

超级电容器（supercapacitors），也叫电化学电容器（ecs），是一种性能介于常规电容器和二次电池之间的新型储能元件,但又与传统静电容器和化学电源的工作机理不尽相同。作为超级电容器研究领域的权威专家，b.e.conway教授将其工作机理分为两类：一是基于高比表面积电极材料与溶液间界面双电层原理的双电层电容器（edlc），另一类是基于电化学欠电位沉积或氧化还原法拉第过程的鹰电容器（psuedocapacitors）[1]。超级电容器不仅被广泛应用于消费类电子产品范畴及新能源汽车等交通范畴，同时还能用于新能源发电系统、分布式储能系统、智能分布式电网系统范畴，涉及新能源发电、新能源汽车、智能电网、工业节能减排等各个行业。电极材料是影响超级电容器性能的关键因素，科研工作者便围绕着开发高比电容的电极材料而展开了大量的研究工作[2]。

在相同比表面积下，金属氧化物超级电容器的电容量要比双电层电容器的电容量大10～100倍，其中过渡金属氧化物作为超级电容器电极材料的研究是由conway在1975年首次研究法拉第假电容储能原理开始的。随后经各国研究者的不断探索，先后出现了这样一些氧化物电极材料：ruoxh2o、mno2、nio[3]、coo等。1995年，zheng等人运用溶胶凝胶法在低温下制备出无定型ruo其比容高达720f/g,能量密度高达96kj/kg，循环寿命为60000次，充放电性能优良。实验研究发现当晶体结构的ruo被用作电极材料时，电解液不易进入电极材料内部，反应仅仅发生在氧化物电极表层，而当其结构为无定型态时，电解液易进入电极材料内部，这样整体材料参加反应，材料的利用率可达100%。本项目研究的基本目的是通过试验，寻找高性能的ag复合锰氧化物的超电容电极材料，为其实际应用奠定实验基础。

选择利用配合物纳米粒子前驱体制备ag/锰氧化物复合电极材料主要出于以下几个方面考虑：第一，现有的ag/锰氧化物制备方法运用到的去除硬模板、核以及软模板等繁琐的实验工序，限制了复合电极材料的纯度、粒径及结构的可控制备，从而影响了最终的电化学电容性能，配合物纳米粒子前驱体法有着实验流程简单、合成产物纯度高、灵敏度高及形貌可控等优点，为单分散型双金属氧化物的合成提供了条件；第二，四氧化三锰因其价格低廉、高氧化还原活性与高的理论电容量，是目前运用最广泛的赝电容电极材料。因此在电化学测试过程中可能会产生较好的协同作用机制，为快速充放电提供基础，将有希望获得比电容量大、循环性能优异的超级电容器电极材料。

2. 研究的基本内容和问题

（1）研究目标

①通过系统的电化学性能测试与分析，揭示ag复合mn基氧化物的工作机理、金属间的比例含量与超电容性能的关系

②获得具有实际应用价值的大容量、优异循环性能、高能量密度与高功率密度的ag复合mn基氧化物超电容电极复合材料。

3. 研究的方法与方案

拟开展ag/锰氧化物复合材料的配合物粒子模板合成与超电容性能研究；纳米基本单元的组装、复合及结构调控；ag/锰氧化物复合材料的导电性能测试以及超电容方面的应用；结构-功能一体化的高性能ag/锰氧化物复合材料体系。

研究方法及实验方案

(1)纳米配合物粒子的合成

首先通过控制反应参数，筛选有机配体与金属离子反应后的单分散性优良的配合物粒子，通过后合成方法，进一步与不同浓度的另一种金属离子在溶剂中浸泡、反应后获得分散性良好的ag-mn纳米配合物材料。后合成步骤中，采用溶剂热法来调控纳米配合物的结构。利用sem、tem观察纳米配合物粒子的形貌，采用xrd表征所合成配合物粒子。

4. 研究创新点

（1）首次利用微/纳米配合物粒子为模板合成单分散型ag复合锰氧化物型复合材料，利用自组装、表面修饰以及纳米复合等技术手段拓展氧化物复合材料的性质与功能是本课题的主要特色，为后续贵金属颗粒/锰氧化物复合材料研究提供理论基础和技术支持。

（2）理论研究和实验相结合，基础研究与应用相结合以及多学科交叉的明显特

色，为宏量制备银/锰氧化物复合材料体系提供材料基础。

5. 研究计划与进展

（1）2014年9月--2015年1月完成开题报告及实验各项事宜的准备，初步探索实验方法（实验试剂、仪器准备，实验方法的确定）。

（2）2015年2月--2015年4月合成实验内容的目标配合物及中期汇报。

（3）2015年5月完成整理数据、撰写论文。