题目：溶胶-凝胶法制备氧化锰气凝胶机器电容性质研究

氧化锰材料具有廉价、对环境友好和结构多样性等优点，常被用做超级电容器电极材料、锂离子二次电池正极材料、新型磁性材料、分子筛和催化材料等。但是，氧化锰材料同时也具有导电性差、比表面积小和易溶解等缺点。因此，为了克服氧化锰材料的诸多缺点，研究者在氧化锰材料的制备和改性方面做了很多工作。本论文采用溶胶?凝胶技术制备了不同晶相介孔氧化锰系列气凝胶，随后将制备的氧化锰系列气凝胶在不同温度下煅烧处理，制备了大比表面积、介孔结构Mn3O4和NiMn2O4纳米材料，进行了制备材料的结构表征和电容性能研究。
全文包括绪论、实验和结论三大部分。绪论部分 (第1章) 论述了氧化锰的结构与分类、凝胶的形成与干燥、氧化锰的制备方法和应用。实验部分 (第2、3章) 主要阐述了大比表面积、介孔结构的Mn3O4和NiMn2O4纳米材料的制备、表征及性能。第2章以Mn(NO3)2×6H2O为前驱体，环氧丙烷作为胶凝剂，柠檬酸为络合剂，采用溶胶?凝胶技术并辅助于超临界干燥制备了氧化锰气凝胶，然后对其煅烧产物的物理和化学性质进行了研究。而第3章以Mn(NO3)2×6H2O和Ni(NO3)2×6H2O为前驱体，采用类似氧化锰气凝胶的制备方法，合成了镍锰氧化物气凝胶，并对其煅烧产物进行了物理化学性质研究。第4章为全文总结。
(1) 以Mn(NO3)2?6H2O为前驱体，环氧丙烷为胶凝剂，柠檬酸为络合剂，采用溶胶?凝胶技术并辅助于超临界干燥，制备了具有大比表面积、明显孔隙结构且呈现“珍珠链”式微观结构氧化锰气凝胶。氧化锰气凝胶在300?C煅烧5小时，由无定型转化为Mn3O4。物理吸附结果表明Mn3O4材料的比表面积为106 m2/g，主要呈现介孔结构特征，孔径集中分布在4?8 nm。Mn3O4材料在1 mol/L Na2SO4电解液中所测得的循环伏安曲线结果表明：制备产物在5 mV/s的扫描速度下，其比电容可达到209 F/g，表现出良好的电容行为。Mn3O4材料在扫描速度分别为5，10，20，50 mV/s条件下的比电容值分别为209，194，144，109 F/g。
(2) 以Mn(NO3)2×6H2O和Ni(NO3)2×6H2O为前驱体，环氧丙烷作为胶凝剂，柠檬酸为络合剂，采用溶胶?凝胶法成功制备了大表面积镍锰氧化物气凝胶。在300 ?C煅烧5小时后，镍锰氧化物气凝胶由无定型转化为尖晶石相NiMn2O4。物理吸附结果表明NiMn2O4材料具有明显的介孔结构，比表面积为201 m2/g，孔径集中分布在8?10 nm。在1 mol/L Na2SO4电解液中进行循环伏安测试，测试结果显示出良好的电容行为和优异的循环稳定性。在5 mV/s的扫描速度下所测得NiMn2O4材料的初始容量为243 F/g，5000次循环后，该材料的比电容基本没有衰减，保持率为98 %，说明制备材料具有良好的循环稳定性，是较为理想的电容器电极材料。另外，为了进一步研究该材料的电化学行为，在同样的扫描速度下，对NiMn2O4材料在碱性电解液中的电容行为进行了测试。结果显示NiMn2O4材料在9 mol/L KOH中所测得的比电容值高于在1 mol/L Na2SO4中，但其循环稳定性要差。虽然NiMn2O4材料在9 mol/L KOH电解液的比电容优于1 mol/L Na2SO4电解液中所测的比电容，但材料的循环稳定性降低。循环稳定性降低的原因是NiMn2O4材料在碱性电解液中发生了溶解，从而导致活性物质减少。
(3) 采用环氧丙烷路线制备凝胶，并通过超临界CO2干燥方式是制备氧化锰系列气凝胶乃至制备大比表面积、介孔结构和不同形貌氧化锰材料的有效方法之一。