大学生创新创业训练计划建设项目.doc

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1、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

2、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纳米结构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18787162911项目类别■创新训练　　□创业训练

3、　　□创业实践项目周期2年所属学科专业材料化学申请人参加科研的经历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

4、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MnO2纳米结构进行碳包覆，复合电极材料的比容量和循环寿命等参数得到大幅提高。2.研究背景及现状超级电容器是一种清洁高效的新兴储能系统，具有充电效率高、充电时间短、循环使用寿命长及对环境污染小等优点，其性能介于传统电容器和电池之间，满足了人们对新型高效、绿色能源的要求[1]。超级电容器的电能存储原理主要有两种[2,3]：一种是将电荷存储在电极/电解质溶液界面处的双电层中，称为双电层电容器；一种是利用发生在电极表面的氧化还

5、原反应来存储电能，又称为法拉第赝电容器。无论电容器以何种原理存储电能，其电极材料和所用电解质体系都是决定该电容器性能优劣的一个重要因素。因此，寻找理想的电极体系和电极材料成为提高超级电容器性能的重要途径。目前常见的电极材料多为碳材料、导电高分子和过渡金属氧化物。贵金属氧化物RuO2的水合物具有良好的电容特性，是目前比较理想的超级电容器电极材料[4-6]。但由于RuO2毒性较大且价格昂贵，限制了其规模化应用。MnO2具有与RuO2相似的电化学性能，且储量丰富、价格低廉、环境友好，近年来引起了广大科研工

6、作者的关注。研究表明，MnO2电极材料的晶体结构、孔洞分布和形貌特征等参数对超级电容器的电容特性具有决定性作用。MnO2存在α-、β-、γ-、δ-、ε-MnO2等多种晶体结构，而每种结构都具有其独特的几何结构和物性参数[7]。晶体结构和几何尺寸的不同导致其表现出来的电化学性能也差别很大[8]。α-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4.6Å，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-

7、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

8、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