二氧化锰-聚合物复合材料的循环伏安法制备及性能研究.pdf

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
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
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(Ⅱ)的扩散
系数计算了反应的摩尔电子转移数并根据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 microscopy, 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
III
表明二氧化锰-聚吡咯材料具有良好的循环稳定性。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



















IV
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 capacitance 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 modification of MnO2
electrode material.
In this thesis, on the basis of manganese d