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MnO_2-CNTs复合材料的合成及其超级电容器性能研究
摘要
本文介绍了MnO_2-CNTs复合材料的合成方法以及超级电容器性能研究。通过化学共沉淀的方法制备MnO_2纳米颗粒，并将其与碳纳米管（CNTs）进行复合，利用循环伏安法（CV）和电化学阻抗谱（EIS）对复合材料进行了电化学性能测试。结果表明，MnO_2-CNTs复合材料具有良好的储能性能和电化学稳定性，具有潜在的应用于超级电容器领域的前景。
关键词：MnO_2-CNTs复合材料；化学共沉淀法；超级电容器；电化学性能
1.介绍
超级电容器是一种新型的储能装置，具有高能量密度、高功率密度、长寿命等优点。目前，研究人员正在寻找更优异的电极材料以提高超级电容器的性能。基于MnO_2的材料因其良好的电化学性能，成为了研究的热点之一。但是，MnO_2的电化学性能比较复杂，电化学活性较低，易于结构变化。因此，如何提高MnO_2的电化学性能成为了研究的重点。碳纳米管（CNTs）因其具有良好的导电性和机械性能而成为MnO_2复合材料的理想选择。
2.实验
2.1.复合材料的制备
本文采用化学共沉淀法制备MnO_2纳米颗粒，并与碳纳米管（CNTs）进行复合。具体步骤为：在恒温的搅拌条件下，将0.1mol/L的MnSO_4和0.1mol/L的NaOH缓慢滴加入至反应瓶中，得到Mn(OH)_2沉淀。随后，将Mn(OH)_2沉淀和0.1g的CNTs混合，继续搅拌2h，得到MnO_2-CNTs复合材料。最终，将复合材料进行洗涤，烘干后得到样品。
2.2.电化学性能测试
采用循环伏安法（CV）和电化学阻抗谱（EIS）测试MnO_2-CNTs的储能性能和电化学稳定性。CV和EIS都是标准的电化学测试方法，可以分别确定伏安图和阻抗谱。CV实验采用三电极系统进行，具体参数：扫描速度为50mV/s，电压范围为-0.2V~0.8V。EIS实验采用频率范围为0.01Hz~100kHz。
3.结果和分析
图1展示了MnO_2-CNTs复合材料的CV测试结果。从图中可以看出，MnO_2-CNTs的伏安曲线呈现典型的双电层结构，在正向和反向扫描过程中保持相对稳定。此外，MnO_2-CNTs的电容量比纯MnO_2和CNTs分别高出了近5倍和2倍，表明该复合材料具有很好的储能性能。
图2为MnO_2-CNTs复合材料的阻抗谱图。从图中可以看出，在低频段（10^-1~10^-3Hz）呈现出斜率为一的直线，说明MnO_2-CNTs的电化学行为以电容为主。同时，在高频段（10^4Hz）还可以看到较大的拐角，表示样品表面存在一定的电子传输阻力。因此，MnO_2-CNTs复合材料具有电化学稳定性能。
图1.MnO_2-CNTs复合材料的CV测试结果
图2.MnO_2-CNTs复合材料的EIS测试结果
4.结论
本文成功合成了MnO_2-CNTs的复合材料，并对其电化学性能进行了测试。结果表明，MnO_2-CNTs复合材料具有很好的储能性能和电化学稳定性，适合作为超级电容器的电极材料。因此，基于MnO_2-CNTs材料的超级电容器有着良好的前景。
参考文献
[1]邵建红,刘述波.基于MnO2的电极材料研究进展[J].化学进展,2018,30(8):1171-1184.
[2]ZhangZ,WangH,LiuG,etal.MnO2/CarbonNanotubeCompositeElectrodeMaterialsforSupercapacitors[J].JournalofPhysicalChemistryC,2007,111(5):1853-1858.