锰氧化物/N-掺杂碳复合材料的制备及电化学性能研究

摘要

为了得到一种高功率密度、高比电容和长循环寿命的电极材料，通过苯胺（An）气体与高锰酸钾（KMnO₄）水溶液之间的气-液界面反应合成了二氧化锰/聚苯胺（MnO₂@PANI）纳米复合材料，然后将制得的MnO₂@PANI纳米复合材料置于管式炉中，在氩气保护下，高温700℃的条件恒温煅烧2 h，得到锰氧化物/碳（MnO_x@C）的复合材料。通过扫描电子显微镜、X射线衍射仪、比表面积及孔径分析仪、傅里叶变换红外光谱仪和X射线光电子能谱仪对产品进行了成分、结构和微观形态的分析。电化学测试结果显示，MnO_x@C具有更高的电压范围（-1～1 V），较为优异的比电容（215 F/g,1 A/g），较为理想的倍率性能（当电流密度从1 A/g增加到10 A/g时，比电容保持率为56%），并且具有较长的循环寿命（在5 A/g电流密度下经过5 000次充放电循环后，比电容仍保持96.2%）。证实通过引入碳材料的方法可以有效地改善锰基超级电容器电极材料的比电容、倍率性能和循环稳定性。

关键词

聚苯胺 / 锰氧化物 / N-掺杂碳材料 / 超级电容器

基金资助

湖北省自然科学基金（2021CFB507）