D0I:10.13374/i.issnl00113.2009.12.012 第31卷第12期 北京科技大学学报 Vol.31 No.12 2009年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dee.2009 超声浸渍法制备介孔MnO2及其性质表征 孙哲)刘开宇) 徐小存 李傲生)刘维芳) 1)中南大学化学化工学院，长沙4100832)中南大学材料科学与工程学院，长沙410083 摘要采用超声一浸渍法，以SBA一l5为硬模板、Mn(NO3)2为锰源制备出介孔MnO2·采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜 (SEM)、氮气吸附一脱附以及热重差热方法(TG/DTA)对样品的物理结构进行表征；用恒流充放电、循环伏安和电化学阻抗 (EIS)考察样品作为超级电容器电极材料的性能.结果表明，样品MO2复制了SBA一15的介孔结构，比表面积、平均孔径分 别为282m’g和2.75m:介孔M02作为超级电容器电极材料，具有良好的动力学可逆性，电荷转移电阻小，电化学活性较 高，首次放电比容量为285Fg1,循环500次后仍保持在210Pg1. 关键词超级电容器：介孔结构；二氧化锰：SBA一15：超声一浸渍法；电化学性能 分类号TB383:TQ152 Ultrasonic dipping synthesis and characterization of mesoporous MnO2 SUN Zhe),LIU Kai-yu),XU Xiaocun.LI Aosheng),LIU Wei-fang2) 1)School of Chemistry and Chemical Engineering.Central South University,Changsha 410083.China 2)School of Material Science and Engineering.Central South University,Changsha 410083.China ABSTRACT A ultrasonic dipping method was used to prepared mesoporous MnO2 with SBA-15 as a hard template and Mn(NO3)2 as a Mn source.The texture/structures of the samples were characterized by X-ray diffraction (XRD).scanning electron microscope (SEM).nitrogen adsorption-desorption and thermogravimetry-differential thermal analysis (TG/DTA).Galvanostatic charge-dis- charge,cyclic voltammetry and electrochemical impedance spectroscopy (EIS)were performed to investigate the electrochemical per- formance of the samples.The results indicated that the synt hesized MnO2 fabricated SBA-15 structure.The specific surface and meso- pore size of the synthesized MnO2 were 282 m2gand 2.75 nm.respectively.As an electrode material of supercapacitors.meso- porous Mn02 exhibited favorable reversible kinetic characteristics,low charge transfer resistance and high electrochemical activity. which had a initial specific capacitance of 285Fg and retained at 210Fgafter 500 cycles. KEY WORDS supercapacitors:mesoporous structure:manganese dioxide:SBA-15:ultrasonic dipping:electrochemical performance 超级电容器因功率密度高、充放电速度快、环境 成功的是氧化钉及其水合物，但昂贵的价格和对环 友好以及超长的循环寿命等优势，有望成为21世纪 境的污染性限制了它的应用，近年来，二氧化锰因 新型绿色能源).根据储能机理不同，可将超级 其价格低廉、资源丰富和环境友好等特点成为电化 电容器分为电极/电解液界面存储电荷的双电层电 学超级电容器最具潜力的材料之一，然而与其他金 容和电极表面/体相内发生快速可逆氧化还原反应 属氧化物(RuO2、IrO2等)的比容量相比仍相距甚 的法拉第赝电容。与双电层电容相比，法拉第赝电 远].二氧化锰超级电容器的容量绝大部分来自它 容不仅发生在电极表面，而且可深入电极内部，因而 的界面反应，电极材料的高比表面积是决定二氧化 可获得比双电层电容更高的容量和能量密度，自 锰超级电容器比电容的决定因素，因此，开发高比 1975年Conway首次研究法拉第赝电容储能原理开 表面积的多孔纳米材料是增大材料法拉第赝电容的 始，先后出现了一系列金属氧化物电极材料，其中最 有效方法， 收稿日期：2009-03-04 基金项目：湖南省科技计划重点项目(N。·2008GK2008) 作者简介：孙哲(1985-)，女，顾士研究生；刘开字(1967一)，男，教授，博士生导师，E-mail:kaiyuliu@263.nt超声－浸渍法制备介孔 MnO2 及其性质表征 孙 哲1） 刘开宇1） 徐小存1） 李傲生1） 刘维芳2） 1） 中南大学化学化工学院‚长沙410083 2） 中南大学材料科学与工程学院‚长沙410083 摘 要 采用超声－浸渍法‚以 SBA－15为硬模板、Mn（NO3）2 为锰源制备出介孔 MnO2．采用 X 射线衍射（XRD）、扫描电镜 （SEM）、氮气吸附－脱附以及热重－差热方法（TG／DTA）对样品的物理结构进行表征；用恒流充放电、循环伏安和电化学阻抗 （EIS）考察样品作为超级电容器电极材料的性能．结果表明‚样品 MnO2 复制了 SBA－15的介孔结构‚比表面积、平均孔径分 别为282m 2·g －1和2∙75nm；介孔 MnO2 作为超级电容器电极材料‚具有良好的动力学可逆性‚电荷转移电阻小‚电化学活性较 高‚首次放电比容量为285F·g －1‚循环500次后仍保持在210F·g －1． 关键词 超级电容器；介孔结构；二氧化锰；SBA－15；超声－浸渍法；电化学性能 分类号 TB383；T Q152 Ultrasonic dipping synthesis and characterization of mesoporous MnO2 SUN Zhe 1）‚LIU Ka-i yu 1）‚XU Xiao-cun 1）‚LI Ao-sheng 1）‚LIU We-i f ang 2） 1） School of Chemistry and Chemical Engineering‚Central South University‚Changsha410083‚China 2） School of Material Science and Engineering‚Central South University‚Changsha410083‚China ABSTRACT A ultrasonic dipping method was used to prepared mesoporous MnO2 with SBA-15as a hard template and Mn（NO3）2 as a Mn source．T he texture／structures of the samples were characterized by X-ray diffraction （XRD）‚scanning electron microscope （SEM）‚nitrogen adsorption-desorption and thermogravimetry-differential thermal analysis （TG／DTA）．Galvanostatic charge-dis￾charge‚cyclic voltammetry and electrochemical impedance spectroscopy （EIS） were performed to investigate the electrochemical per￾formance of the samples．T he results indicated that the synthesized MnO2fabricated SBA-15structure．T he specific surface and meso￾pore size of the synthesized MnO2 were282m 2·g －1 and 2∙75nm‚respectively．As an electrode material of supercapacitors‚meso￾porous MnO2 exhibited favorable reversible kinetic characteristics‚low charge transfer resistance and high electrochemical activity‚ which had a initial specific capacitance of 285F·g －1and retained at 210F·g －1after500cycles． KEY WORDS supercapacitors；mesoporous structure；manganese dioxide；SBA-15；ultrasonic dipping；electrochemical performance 收稿日期：2009-03-04 基金项目：湖南省科技计划重点项目（No．2008GK2008） 作者简介：孙 哲（1985－）‚女‚硕士研究生；刘开宇（1967－）‚男‚教授‚博士生导师‚E-mail：kaiyuliu＠263．net 超级电容器因功率密度高、充放电速度快、环境 友好以及超长的循环寿命等优势‚有望成为21世纪 新型绿色能源［1－2］．根据储能机理不同‚可将超级 电容器分为电极／电解液界面存储电荷的双电层电 容和电极表面／体相内发生快速可逆氧化还原反应 的法拉第赝电容．与双电层电容相比‚法拉第赝电 容不仅发生在电极表面‚而且可深入电极内部‚因而 可获得比双电层电容更高的容量和能量密度．自 1975年 Conway 首次研究法拉第赝电容储能原理开 始‚先后出现了一系列金属氧化物电极材料‚其中最 成功的是氧化钌及其水合物‚但昂贵的价格和对环 境的污染性限制了它的应用．近年来‚二氧化锰因 其价格低廉、资源丰富和环境友好等特点成为电化 学超级电容器最具潜力的材料之一‚然而与其他金 属氧化物（RuO2、IrO2 等）的比容量相比仍相距甚 远［3］．二氧化锰超级电容器的容量绝大部分来自它 的界面反应‚电极材料的高比表面积是决定二氧化 锰超级电容器比电容的决定因素．因此‚开发高比 表面积的多孔纳米材料是增大材料法拉第赝电容的 有效方法． 第31卷 第12期 2009年 12月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．31No．12 Dec．2009 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2009．12．012