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微波法合成纳米MnO_2及其电化学性能研究
摘要
本论文采用微波法合成纳米MnO_2，并对其电化学性能进行了研究。研究结果显示，以无水MnCl_2和KMnO_4为原料，聚乙二醇作为溶剂，在微波辐射下加热反应能快速而有效地合成出纳米级MnO_2，其性能在电池测试中也得到了良好的展示。本研究为二次电池性能提高提供了可行的途径。
引言
作为一种重要的储能材料，MnO_2在锂离子电池、锌-空气电池和铅酸电池等电池中都有着广泛的应用。目前，研究人员都致力于制备高效、功率密度高的MnO_2电池材料。与传统的合成方法相比，微波辐射法不仅能够提高反应速率，还能够优化产物的结构，并提高产物纯度。因此，本研究采用微波辐射法合成纳米MnO_2，并对其电化学性能进行了分析。
实验
实验采用了无水MnCl_2、KMnO_4和聚乙二醇（PEG）为原料，在微波辐射沸腾器中合成得到纳米MnO_2。在反应中，无水MnCl_2是产生MnO_2晶种的原料，KMnO_4是供应Mn离子的摩尔量限定剂，在反应过程中不溶于水并随即被还原，而PEG作为保护剂的作用，与Mn离子在反应中配位形成配合物，并调控MnO_2的形貌。实验中，选用的PEG的相对分子质量为1000。
反应方程式如下所示：
MnCl_2+2KMnO_4+2PEG→MnO_2+2KCl+2CO_2↑+2H_2O
反应过程分为两个阶段：第一个阶段是KMnO_4与MnCl_2在微波辐射下反应，生成已氧化的MnO_4^2-离子；第二个阶段是处理KMnO_4生成的MnO_4^2-离子的反应，在PEG的保护下，离子还原被沉淀成MnO_2晶种，并在缓慢的水解反应中生长成纳米MnO_2晶体。
TEM和SEM照片显示，Mno_2的形貌为纳米棒状，并且晶体大小均匀一致。XRD图谱表明，合成纳米MnO_2的结构为纯的普通型MnO_2。
在电化学性能测试中，所合成的MnO_2用作锂离子电池正极材料。电池的测试结果显示，在不同的充电/放电电流密度下的倍率性能和循环性能优于现有的合成方法。
结论
本研究采用微波辐射法合成得到纳米MnO_2。实验结果表明，在微波加热的条件下，能够制备出尺寸均一的MnO_2纳米材料，并且其电化学性能表现出令人满意的性能。本次实验为制备高性能电池材料提出了一种新的途径。
参考文献
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