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      α-MnO2納米線的制備及其電化學(xué)性能研究

      2011-07-25 07:25:48劉小軍劉耀鵬閆曉前
      化學(xué)與生物工程 2011年4期
      關(guān)鍵詞:氧化錳晶型納米線

      劉小軍,劉耀鵬,閆曉前

      (陜西國(guó)防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,陜西 西安 710302)

      MnO2是一種常溫下非常穩(wěn)定的黑色或棕黑色粉末狀固體,作為一種兩性過(guò)渡金屬氧化物主要存在于軟錳礦中。MnO2性能獨(dú)特,應(yīng)用廣泛[1],不同結(jié)構(gòu)和形貌的MnO2納米材料因其特殊的物理和化學(xué)性質(zhì),在離子篩、分子篩、催化材料、鋰離子二次電池的正極材料和新型磁性材料等催化、電化學(xué)、吸附和磁性質(zhì)等領(lǐng)域顯示了廣闊的應(yīng)用前景[2~4]。

      近年來(lái),研究者運(yùn)用水熱法、溶劑熱法、模板法和氣相沉積法等技術(shù)制備了大量不同晶型和形貌的MnO2納米材料。Yuan等[5]通過(guò)熱分解Mn(NO3)2溶液合成了二維結(jié)構(gòu)的六角星β-MnO2;Xi 等[6]通過(guò)高溫煅燒γ-MnOOH納米棒合成了β-MnO2納米棒;Li 等[7]在低溫條件下合成了α-MnO2空心刺猬球;Zhang等[8]在HCl 溶液中以不同方式處理層狀氧化錳,制備了納米四棱柱形貌β-MnO2納米卷。迄今,人們對(duì)MnO2納米材料的合成已進(jìn)行了大量研究,但關(guān)于在酸性條件下制備α-MnO2納米線研究較少。為此,作者以KMnO4為錳源,采用水熱反應(yīng)在HCl溶液中成功制備了α-MnO2納米線,并對(duì)其電化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了初步探索。

      1 實(shí)驗(yàn)

      1.1 α-MnO2納米線的制備

      稱(chēng)取不同質(zhì)量(按濃度計(jì)算)的KMnO4固體于50 mL 聚四氟乙烯內(nèi)襯高壓釜中,加入40 mL 0.5 mol·L-1的HCl溶液,室溫?cái)嚢钄?shù)分鐘至溶液為紫紅色。旋緊釜蓋,置于240℃均相反應(yīng)器中反應(yīng)24 h。反應(yīng)結(jié)束后,取出反應(yīng)釜,自然冷卻至室溫,打開(kāi)釜蓋后過(guò)濾溶液,所得產(chǎn)物以去離子水洗滌數(shù)次,并于50℃空氣干燥12 h,獲得α-MnO2納米線。

      1.2 α-MnO2納米線結(jié)構(gòu)表征

      采用日本 Rigalcu D/Max-3c+/PC 型粉末衍射儀對(duì)樣品進(jìn)行XRD測(cè)試,Cu 靶κα線,電壓35 kV,電流40 mA,掃描速度8°·min-1,掃描范圍 (2θ) 3°~70°;采用荷蘭 Philips-FEI公司Quanta 200型環(huán)境掃描電鏡(SEM)觀察樣品形貌。

      1.3 α-MnO2納米線的電化學(xué)性能測(cè)試

      按一定比例稱(chēng)取α-MnO2納米線、石墨、乙炔黑,混合均勻,加5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的聚氟乙烯(60%),調(diào)成糊狀;將上述物質(zhì)均勻涂在泡沫鎳上,80℃干燥后,在15 MPa 下壓1 min,制得工作電極,然后組裝成扣式電池。用藍(lán)電電池測(cè)試系統(tǒng)(CT2001A)在1.0 mol·L-1LiPF6的EC (碳酸乙烯酯)+DEC (碳酸二乙酯)(體積比為1∶1)溶液中研究α-MnO2納米線恒電流充放電行為。

      2 結(jié)果與討論

      2.1 水熱反應(yīng)時(shí)間對(duì)產(chǎn)物晶型和形貌的影響

      圖1是水熱反應(yīng)不同時(shí)間所得產(chǎn)物的XRD圖。

      水熱反應(yīng)時(shí)間(h),a~f:1,5,9,12,24,48

      從圖1可以看出,當(dāng)水熱反應(yīng)時(shí)間為1 h時(shí),所得產(chǎn)物為典型的層狀氧化錳(圖1a);隨著水熱反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng),產(chǎn)物的晶型逐漸發(fā)生變化,當(dāng)水熱反應(yīng)時(shí)間為5 h時(shí),產(chǎn)物開(kāi)始向隧道型氧化錳轉(zhuǎn)變(圖1b),是一個(gè)過(guò)渡階段[9];當(dāng)水熱反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)至9 h時(shí),產(chǎn)物已完全轉(zhuǎn)化為隧道型氧化錳(圖1c);繼續(xù)延長(zhǎng)水熱反應(yīng)時(shí)間,產(chǎn)物晶型不再發(fā)生變化,只是結(jié)晶度在不斷提高(圖1d、1e);當(dāng)水熱反應(yīng)時(shí)間為48 h時(shí),晶型最好(圖1f),晶體生長(zhǎng)得更加規(guī)則。

      圖2是水熱反應(yīng)不同時(shí)間所得產(chǎn)物的SEM圖。

      水熱反應(yīng)時(shí)間(h),a~f:1,5,9,12,24,48

      從圖2可以看出,水熱反應(yīng)時(shí)間對(duì)產(chǎn)物形貌有很重要的影響。當(dāng)水熱反應(yīng)時(shí)間為1 h時(shí),產(chǎn)物呈棉團(tuán)狀,且相互交聯(lián)(圖2a),這是層狀氧化錳的典型形貌,與XRD結(jié)果一致;當(dāng)水熱反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)至5 h時(shí),球狀棉團(tuán)形貌開(kāi)始破壞,呈分散趨勢(shì)(圖2b);當(dāng)水熱反應(yīng)時(shí)間為9 h時(shí),棉團(tuán)狀形貌已被嚴(yán)重破壞,呈現(xiàn)疏松的狀態(tài)(圖2c);繼續(xù)延長(zhǎng)水熱反應(yīng)時(shí)間至12 h時(shí),納米線形貌已基本形成(圖2d);當(dāng)水熱反應(yīng)時(shí)間為24 h時(shí),大部分納米線已經(jīng)形成(圖2e);繼續(xù)延長(zhǎng)水熱反應(yīng)時(shí)間至48 h,得到了舒展均勻的納米線(圖2f)。

      2.2 水熱反應(yīng)溫度對(duì)產(chǎn)物晶型和形貌的影響

      圖3是不同溫度下水熱反應(yīng)24 h所得產(chǎn)物的XRD圖。

      水熱反應(yīng)溫度(℃),a~e:150,180,200,220,240

      從圖3可以看出,水熱反應(yīng)溫度低于180℃,所制備產(chǎn)物的晶型為K+-birnessite層狀結(jié)構(gòu)(圖3a);隨著水熱反應(yīng)溫度的升高,產(chǎn)物晶型開(kāi)始向隧道型氧化錳轉(zhuǎn)變(圖3b);200℃和220℃是層狀結(jié)構(gòu)向隧道型氧化錳轉(zhuǎn)變的一個(gè)中間過(guò)程(圖3c、3d);當(dāng)水熱反應(yīng)溫度升高至240℃時(shí),產(chǎn)物已完全轉(zhuǎn)變?yōu)樗淼佬脱趸i,且產(chǎn)物的結(jié)晶度也不斷提高(圖3e)[10]。

      圖4是不同溫度下水熱反應(yīng)24 h所得產(chǎn)物的SEM圖。

      水熱反應(yīng)溫度(℃),a~e:150,180,200,220,240

      從圖4可以看出,水熱反應(yīng)溫度對(duì)產(chǎn)物形貌有著重要的影響。隨著水熱反應(yīng)溫度的升高,所得產(chǎn)物由棉團(tuán)狀(圖4a,4b)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槭嬲沟募{米線(圖4e)。

      2.3 α-MnO2納米線的充放電和循環(huán)放電曲線

      圖5為α-MnO2納米線在1.5~4.5 V、20 mA·g-1電流密度下的第二次充放電曲線。

      圖5 α-MnO2納米線在20 mA·g-1電流密度下的第二次充放電曲線

      從圖5可以看出,α-MnO2納米線第二次放電的電容量為184.5 mAh·g-1,表明其具有較高的比容量和較好的充放電性能。

      圖6為α-MnO2納米線的循環(huán)放電曲線。

      圖6 α-MnO2納米線在20 mA·g-1電流密度下的循環(huán)放電曲線

      從圖6可以看出,起始放電容量接近200 mAh·g-1。循環(huán)30次后,α-MnO2納米線的放電容量衰減到160.7 mAh·g-1,容量保持率為87.1%,即循環(huán)30次以?xún)?nèi),α-MnO2的穩(wěn)定性較好;循環(huán)50次后,放電容量衰減到112.3 mAh·g-1,容量保持率僅為60.9%,這說(shuō)明循環(huán)次數(shù)多時(shí),α-MnO2的穩(wěn)定性下降。因此,α-MnO2納米線的電化學(xué)循環(huán)性能有待進(jìn)一步提高。

      3 結(jié)論

      以KMnO4為錳源,采用水熱反應(yīng)在HCl溶液中制備α-MnO2納米線,通過(guò)控制水熱反應(yīng)時(shí)間、水熱反應(yīng)溫度能很好地控制材料的結(jié)構(gòu)及形貌,最佳水熱反應(yīng)時(shí)間為24 h、最佳水熱反應(yīng)溫度為240℃。α-MnO2納米線具有良好的電化學(xué)性能,在1.5~4.5 V、20 mA·g-1電流密度下其第二次放電的電容量為184.5 mAh·g-1。

      [1] Wang X,Li Y D.Selected-control hydrothermal synthesis ofα-andβ-MnO2single crystal nanowires[J].J Am Chem Soc,2002,124(12):2880-2881.

      [2] 李素梅,朱琦,尚屹,等.納米二氧化錳制備及在環(huán)境治理方面應(yīng)用的研究進(jìn)展[J].環(huán)境保護(hù),2009,(4):75-77.

      [3] 陳冬梅,楊華.液相法制備納米二氧化錳[J].貴州大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2009,26(4):20-23.

      [4] Wang Y H,Liu H,Sun X L,et al.Manganese dioxide-carbon nanotube nanocomposites for electrodes of electrochemical supercapacitors[J].Scripta Materialia,2009,61(11):1079-1082.

      [5] Yuan J Q,Liu Z H,Qiao S F,et al.Fabrication of MnO2-pillared layered manganese oxide through an exfoliation/reassembling and oxidation process[J].J Power Sources,2009,189(2):1278-1283.

      [6] Xi G C,Peng Y Y,Zhu Y C,et al.Preparation ofβ-MnO2nanorods through aγ-MnOOH precursor route[J].Mater Res Bull,2004,39(11):1641-1648.

      [7] Li B,Rong G,Xie Y,et al.Low-temperature synthesis ofα-MnO2hollow urchins and their application in rechargeable Li+batteries[J].Inorg Chem,2006,45(16):6404-6410.

      [8] Zhang L C,Liu Z H,Tang X H,et al.Synthesis and characterization ofβ-MnO2single crystals with novel tetragonous morphology[J].Mater Res Bull,2007,42(8):1432-1439.

      [9] Zhang L C,Liu Z H,Lv H,et al.Shape-controllable synthesis and electrochemical properties of nanostructured manganese oxides[J].J Phys Chem C,2007,111(24):8418-8423.

      [10] Jaisi Deb P,Dong H L,Plymale A E,et al.Reduction and long-term immobilization of technetium by Fe(Ⅱ) associated with clay mineral nontronite[J].Chemical Geology,2009,264(1-4):127-138.

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