● 摘要
氧化锰材料由于价格低廉、环境友好且资源丰富等优点，已经被广泛应用于催化、吸附、传感、离子交换、锂离子二次电池和超级电容器等领域。研究结果表明，材料的晶型、形貌、维数和尺寸等因素影响其光学、电学和磁学性能的发挥。控制制备具有特殊形貌氧化锰材料，进而研究材料的形貌与性能之间的关系具有重要的理论和应用价值。本论文以氧化锰材料为研究主体，通过水热技术控制制备具有特殊形貌氧化锰材料，系统研究反应条件对制备产物晶相和形貌的影响，探讨了不同形貌氧化锰材料的生长过程及电化学性质。
全文包括绪论、实验和总结三个部分。第1章绪论部分主要论述了特殊形貌过渡金属氧化物的性质、制备及应用，氧化锰晶体的结构、特殊形貌氧化锰材料的制备、应用及形成机理；实验部分第2章采用水热技术制备了特殊形貌六角星形γ-MnOOH，提出了六角星形γ-MnOOH可能的形成过程；第3章以硫酸锰和过硫酸钾为反应体系，制备了四种不同形貌α-MnO2和特殊形貌β-MnO2，在探讨材料形成过程的基础上，研究了不同形貌对材料电容性质的影响；第4章为全文总结。
在无模板剂或表面活性剂辅助下，以KMnO4为锰源，乙酸乙酯为还原剂和刻蚀剂，200°C水热处理48 h，制备了新颖形貌六角星形γ-MnOOH。通过调节乙酸乙酯的用量、水热反应温度和反应时间等实验参数，得到了六角星形γ-MnOOH最佳制备条件。应用XRD、FE-SEM、TEM、HRTEM、SAED和原子吸收分析，对制备材料进行了系统表征。在分析实验结果的基础上，提出了六角星形γ-MnOOH的形成过程。结果表明，乙酸乙酯对制备材料的形貌控制起到了非常重要的作用。随着水热时间的延长，乙酸乙酯缓慢分解产生乙酸，乙酸吸附在γ-MnOOH分支纳米棒的侧枝，发生温和的酸刻蚀过程，纳米棒逐渐变细变尖，最终得到γ-MnOOH六角星形形貌。将分支纳米棒和六角星形γ-MnOOH进行煅烧处理，六角星形γ-MnOOH经过拓扑化学转化，形成与前躯体形貌相同的β-MnO2。
在无模板剂或表面活性剂辅助下，以硫酸锰和过硫酸钾为研究体系，通过改变体系的温度、浓度和酸度及向体系中添加不同金属离子如铁离子和银离子，分别制备得到了微球状、海胆状、荔枝球状和核-壳结构四种不同形貌α-MnO2，系统研究了阳离子对制备产物晶相和形貌的影响。同时，通过改变反应温度，得到了特殊形貌谷粒状β-MnO2。采用三电极体系，在1 mol L-1 Na2SO4电解液中对制备的四种不同形貌α-MnO2电极材料进行电化学测试。结果表明，四种不同形貌α-MnO2材料中，核-壳结构α-MnO2电极材料具有最好的电容性质，当扫描速度为5 mV s-1时，比电容为211 F g-1。核-壳结构α-MnO2电极材料具有的优良电容性质归于材料特殊的核-壳结构，能够缩短电解质离子嵌入/脱出的路径，提高材料的比电容。