二氧化锰及其复合材料的化学制备和电极性能研究.pdf

二氧化锰及其复合材料的化学制备和电极性能研究 宋文娥，程方益，赵建智，陈军+ (南开大学新能源材料化学研究所，天津300071) 二氧化锰具有资源丰富，价格低廉，清洁无毒等特点，作为电极材料，在碱性锌锰 电池中得到了广泛应用。有关纳米二氧化锰的制备已有报道，Li等合成了多种晶型及不 同形貌的二氧化锰[1]，但对这些纳米二氧化锰的应用研究相对较少。在此基础上，我 们引入了新的体系，采用水热法制备了Q一，13一和Y-MnO。纳米线，并对其在碱性锌锰 电池中的放电性能进行了初步研究。结果表明，Q一，13一和Y—Mn0。纳米线都具有较高 的比容量，其中以Y-MnO：纳米线的性能最好。 另外，二氧化锰还可以作为空气电池中氧电极的催化剂，其中Q-MnO。性能最好， 但文献只对多晶二氧化锰的催化性能作了考察[2]。为此，我们采用化学方法制备了 Q-MnO。纳米线及其镀金属镍及银的复合纳米材料，以研究其在氧电极催化方面的潜在 应用。 实验部分： 以MnSO。‘H。0为锰源， 分解的方法水热制备了样品b，样品C是通过商业MnO。在NH．iH。0中水热反应合成的。 以样品a为基体，经过敏化、活化和镀覆三个步骤，进行了镀镍和镀银的研究。实 验中所使用的敏化剂为SnSO。的H。S0。溶液(其中加入两三颗锡粒以防止空气氧化)，活 化剂为PdCl2的HCl溶液。 对a，b，C三个样品进行XRD和SEM表征，化学镀产物进行SEM表征。 将样品a，b，C作为正极活性材料，组装成碱性模拟电池，进行电化学测试。 结果和讨论： 1．MnO：及其复合物的表征 度和标准卡片JCPDS 分析产物的微观形貌，如图l所示。可以看出，产物为一维、规整的纳米线结构。纳米 线表面光滑，长度达几个微米，直径为几十个纳米。 图1 a，b，c样品的SEM图 图2是Q—MnO。化学镀镍和银的扫描电镜图，可以看到，相比于MnO：纳米线，镀 ‘E—mall：chenabc@nankai．edu．Cil 覆后纳米线表面变得粗糙，有粒子的堆积，另外还存在一些团聚颗粒。可以初步断定纳 米线的表面镀了一层金属，镀层结构均匀、致密。 图2 MnO。纳米线及其复合物SEM图(a—Q—MnO。纳米线；b一化学镀镍；c一化学镀银) 2、性能研究 将Q一，B一和Y—MnO。纳米线作为正极活性材料，以锌粉为负极，分别组装成碱性 模拟电池，进行电化学测试。O．2C下放电曲线如图3所示，从图中可以看出，三种晶型 的纳米二氧化锰均显示出较高的比容量。y相的样品比容量最高，接近理论容量的90％。 相比于文献中报道的多晶Y—MnO。的比容量，y-MnO：纳米线的性能有了很大程度的提高 [3]。 图3a一，13一和Y-MnO：纳米线组成的碱性电池的放电曲线 结论 本文采用新的体系，水热法制备了Q一，B一和Y—MnO。纳米线，并研究了其电化学 行为，结果显示MnO。纳米线的性能优于其多晶材料。采用化学镀的方法合成了均一、规 整的MnO。镀银及镀镍复合纳米材料，其催化性能有待进一步研究。 参考文献： FormationMechanismof thesisand ManganeseDioxide, [1]X．Wang，Y．D．Li，Syn Chem．Eur．J．2003，9：300 mechanismof reduction [2]Y．L．Cao，H．X．Yang*，X．P．Ai，L．F．Xiao，Theoxygen carhodeina』J妇Jine of on』l勿伤—catalyzedair solution．Journal 127—134 557(2003) Chemistry AlkalineZn-MnOe tu