002-物理科学技术学院-碳包覆MnO2纳米结构的控制-云南大学教务处.doc

附件1： 云南省大学生创新创业训练计划项目 立项申请表 推 荐 学 校： 云 南 大 学 项　目　名　称： 碳包覆MnO2纳米结构的控制合成及其在超级电容器电极材料中的应用 项目 申报 类别： 创新训练项目 所属一级学科名称： 材料科学与工程 申　　请　　人： 陈 宏 刚 所在学院及年级： 物理科学技术学院 2011级材料化学专业 指　导　教　师： 管 洪 涛 单位和职称： 云南大学物理科学技术学院 副教授 填　表　日　期： 2013年5月8日 云南省教育厅制 2012年2月 填 表 说 明 1.《申报书》各项内容，必须实事求是，表达要明确严谨，并要求打印或用钢笔填写。页面不够时可加页，不得破坏后面表格的完整和美观。对于填写不合要求、内容含糊不清、字迹潦草者，不予受理。 2. 该《申报书》为A4　纸，各单位或个人可以从云南省教育厅高等教育处网站自行下载或翻印，但格式、内容、大小应与原件相同。 一、项目申请人情况 申 请 人 姓　名 陈宏刚 性别 男 民族 汉 出生日期 1993.09 所在学院 物理科学技术学院 专业、班级 2011级材料化学 项目名称 碳包覆MnO2纳米的控制合成及其在超级电容器电极材料中的应用 通讯地址 云南大学呈贡校区物理科学技术学院 电话 项目类别 ■ 创新训练　　□ 创业训练　　□ 创业实践 项目周期 2年 所属学科专业 材料化学 自何年月 至何年月 参加的项目 担任的工作 项目组其他成员（不超过5人，不包括申请人和指导教师） 姓　名 性别 年级 所在学院 专　　业 分　工 签　名 洪潇倩 女 2011级 物理科学技术学院 材料化学 材料合成制备 洪潇倩 陈正丁 女 2011级 物理科学技术学院 材料化学 复合材料性能测试 陈正丁 二、拟申报项目情况 （一）项目介绍 （研究目标、研究背景及现状、工作原理和方案设想、计划进度安排等） 1. 研究目标 （1）通过水热法制备MnO2和碳包覆MnO2纳米结构，获得各工艺条件对材料的晶体结构、晶粒尺寸、颗粒形貌的影响规律，确定最佳制备工艺和实验条件； （2）通过对MnO2α-、β-、γ-、δ-、εα-MnO2为四方晶系对称网状结构，可形成1×1和2×2的隧道结构。2×2的隧道结构尺寸为4.6?，有利于碱金属离子的嵌入和脱出，因此α-MnO2较其它几种结构的MnO2更适用于超级电容器的电极材料[8]。α-MnO2的结构稳定性较差，隧道结构容易塌陷，严重影响离子在其内部的传输。而且，MnO2电极材料的内阻较大，充放电可逆性较差，导致其能量密度低、额定容量低等缺点，对电容器的整体性能影响很大[9]。因此通过对α-MnO2进行改性，开发出具有高性能、高应用价值的MnO2电极材料，具有重要的理论和现实意义。 为了提高MnO2电极材料的电容特性，目前采用的措施多集中在以下几个方面[10]：改变合成制备工艺，以获得具有不同晶体结构和形貌的MnO2颗粒（如纳米颗 粒、纳米线、纳米棒、纳米片及三维层级结构）。目前应用的材料多为碳纳米泡沫、介孔碳材料、纳米石墨、石墨烯及碳纳米管（CNT）等[8]。 通过碳材料复合可以在一定程度上提高MnO2材料的比电容，而且MnO2/C复合材料也将是MnO2超级电容器未来发展的一个趋势。但由于MnO2颗粒和所用碳材料的纳米化及碳材料的形状多样性，使得其在与MnO2材料的复合过程中很难做到混合均匀，而且其质量载荷较低，使得复合材料很难获得较高的体积能量密度，在很大程度上降低了复合材料的电容特性。尽管CNT和石墨烯的加入可以在一定程度上提高MnO2电极材料的比电容[11-13]，但CNT、石墨烯等制备工艺复杂，复合成本高，也在很大程度上限制了其在超级电容器电极材料中的应用[8]。 研究表明，通过表面涂层技术可以在改善MnO2纳米结构稳定性的同时提高材料的导电率，从而在一定程度上提高MnO2/C复合材料的电容性能。但目前研究多采用石墨烯、CNT等表面涂覆MnO2涂层，制备工艺比较复杂，工艺条件苛刻。而本申请组目前研究结果显示，通过水热法在MnO2纳米结构表面生成一层碳纳米层，可以使碳均匀地包覆于MnO2纳米结构表面，同样可以改善MnO2结构的电化学性能。本工艺制备方法简便，通过控制反应溶液浓度、反应温度和反应时间等参数，可以控制所制备MnO2纳米结构的晶体结构、颗粒形貌等参数[14, 15]；通过控制所添加葡萄糖溶液的浓度、水热反应温度和时间，可以控