● 摘要
纳米复合材料各组分间的协同效应，使得制备材料产生了基元材料所不具备的新颖性能，而广泛应用于光学、电学、磁学及生物传感器等领域，受到了研究者的关注。不同结构和形貌的氧化锰材料不仅资源丰富、价格低廉和环境友好，而且具有高的理论比电容，是重要的无机功能材料。但是，氧化锰材料的半导体特性使得该类材料作为超级电容器电极材料时，比电容虽高但导电性能差。为此，本研究工作通过纳米复合材料各组分间的协同效应，通过向氧化锰主体材料中引入导电性能优良的金属纳米粒子，期待达到使制备材料不仅具有高的电容量，而且具有优良的导电性能而用作超级电容器电极材料。
论文工作主要包括综述、银/氧化锰纳米复合材料的制备及电化学性质研究三大部分。第一章综述部分主要论述了层状氧化锰的结构、性质、制备、剥离和应用，纳米复合材料的概述和制备技术，以及氧化锰纳米复合物的制备及在超级电容器电极材料方面的应用。在此基础上提出了本论文的选题目的和意义、研究内容和创新点。实验部分(第二、三章)阐述了以层状氧化锰为前驱体，通过离子交换技术和剥离/重组技术分别制备了银/氧化锰纳米复合材料。第四章主要研究了剥离/重组法制备的银/氧化锰纳米复合材料的电化学性质。主要研究内容为：
(1) 采用离子交换技术制备银/氧化锰纳米复合材料。以H型层状二氧化锰(H-BirMO)为前驱体，使其在不同体积的AgNO3溶液中发生离子交换反应，得到Ag+离子插层的层状氧化锰中间试样。Ag+离子插层的层状氧化锰中间试样随后在聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的无水乙醇溶液中发生还原反应，将插入氧化锰层间的Ag+离子还原成为金属银粒子，最终得到Ag/MnO2纳米复合材料。同时，考察了H-BirMO在不同体积AgNO3溶液中的离子交换反应。研究结果表明，对于离子交换技术制备的Ag/MnO2纳米复合材料，由于层状氧化锰规则性而导致的空间阻力，使得插入到氧化锰层间的银纳米颗粒少，未能得到银粒子分散均匀、尺寸大小均一的银/氧化锰纳米复合材料。采用XRD，TEM，AAS等实验测试手段，进行了制备材料的结构和形貌表征。
(2) 采用剥离/重组技术制备银/氧化锰纳米复合材料。以H-BirMO在四甲基氢氧化铵溶液中剥离得到的氧化锰纳米层悬浮液为前驱体，采用剥离/重组技术，将剥离得到的氧化锰纳米层剥离分散液与不同体积的AgNO3溶液混合处理，得到了中间产物负载氧化银颗粒的氧化锰纳米层状材料。该中间产物负载氧化银颗粒的氧化锰纳米层状材料在聚乙烯吡咯烷酮的无水乙醇溶液中还原处理，得到了银粒子分散均匀、尺寸大小均一的银/氧化锰纳米复合材料。同时，考察了Ag+离子的离子交换量和添加PVP对复合材料结构和形貌的影响。研究结果表明，氧化银纳米颗粒和银纳米粒子的存在，阻止了氧化锰纳米层的组装反应，导致氧化锰纳米层以无定型状态存在于银/氧化锰纳米复合材料中。采用XRD，TEM，XPS，AAS等实验测试手段，对所制备材料进行了结构和形貌表征。
（3) 银/氧化锰纳米复合材料的电化学性质研究。采用三电极体系，考察了银/氧化锰纳米复合材料的电化学性质。实验结果表明，Ag/MnO2纳米复合材料在1 mol/L Na2SO4中性电解液中显示了良好的电容性能。Ag/MnO2纳米复合材料的循环伏安曲线呈现一对明显的氧化还原峰，电容特性基于氧化还原反应机理。扫速为10 mV/s时，Ag/MnO2复合材料电极在浓度为1 mol/L Na2SO4电解液中的比电容为272 F/g。MnO2纳米层悬浮液干燥所得试样的循环伏安曲线近似为规则的平行四边形形状，且相对于零电流基线具有良好的对称性，表明MnO2材料具有较理想的电容性能。扫速为10 mV/s时，在1 mol/L Na2SO4电解液中MnO2试样的比电容为90 F/g。Ag纳米颗粒的存在显著增加了复合材料的电容性能，也改善了复合材料的电荷传输性能。