磁场下制备铁掺杂的二氧化锰粉体及其性能研究

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辽宁工业大学学报(自然科学版)
第 39 卷
身的有毒性和昂贵的成本限制了应用[2]。二氧化锰 电化学性能测试。以 2 mol/L KOH 为电解液，负载
（MnO2）作为一种替代材料，与 RuO2 的性质类似 引起了研究者的重视和研究[3-6]。但 MnO2 的导电性 限制了其作为电极材料的广泛应用[7]。研究发现改
Key words: pulsed electromagnetic field assisted oxidation reduction; Fe doping; crystal transformation; electrochemical performance
超级电容器，这种介于电池和传统电容器的储 了人们广泛的关
有活性材料的泡沫镍充当工作电极，饱和甘汞电极 和铂片分别作为参比电极和辅助电极，进行三电极 体系测试。通过循环伏安法（CV）、恒电流充放电
性处理可以有效改善 MnO2 的导电性。常用的方法 有掺杂改性、表面包覆和多元材料复合等[8-9]。其中
（GCD）和电化学交流阻抗（EIS）方法对 MnO2 电化学性能进行分析。
Abstract: Fe-doped manganese dioxide powder was prepared by pulsed electromagnetic field-assisted redox method through simply refluxing the reaction mixture of KMnO4 and MnSO4 solution in the presence of FeCl3. The structure and morphology of samples are characterized through field emission scanning electron microscope (FESEM) and X-ray diffraction (XRD) respectively, and the electrochemical performance of the samples was tested by using an electrochemical workstation. The test results show that the presence of FeCl3 results in a structural change from γ- type to α- type phase and the formation of MnO2 short nanorods. When the doping amount of FeCl3 is 0.03 mol, the specific capacitance of the electrode material is 758.6 F/g at a current density of 1 A/g, and the specific capacitance increases by 60.7% compared with pore manganese dioxide. The addition of iron ions optimizes the electrochemical performance of manganese dioxide.
注[1]。目前，影响超级电容器电化学性能的主要因 素为电解液和电极材料。RuO2 在众多的过渡金属电 极材料中，因其较高的理论比电容脱颖而出，但自
收稿日期：2018-11-07 基金项目：国家自然科学基金项目（51601086） 作者简介：姜甲儒(1996-)，女，辽宁大连人，本科生。
王 冰(1976-)，男，辽宁阜新人，教授，博士。
第 39 卷第 1 期 2019 年 2 月
辽宁工业大学学报(自然科学版)
Journal of Liaoning University of Technology(Natural Science Edition)
Vol.39, No.1 Feb. 2019
DOI:10.15916/j.issn1674-3261.2019.01.014
掺杂改性是一种主流工艺，通过掺杂降低 MnO2 的 内阻，改善和提高 MnO2 与电解液接触的机会，进 而提高二氧化锰电极材料的电化学性能。例如 Calvert 等[10]制备了 Wu 掺杂 MnO2 的实验，电导性 测试表明 Wu 的掺杂使电极材料的电导率增强。
关键词：脉冲电磁场辅助氧化还原法；Fe 掺杂；晶型转变；电化学性能 中图分类号：TQ426 文献标识码：A 文章编号：1674-3261(2019)01-0059-04
Preparation and Properties of Iron-doped Manganese Dioxide Powder in Magnetic Field
磁场下制备铁掺杂的二氧化锰粉体
及其性能研究
姜甲儒，潘 双，李宏云，黄 伟，王 冰，刘 亮
（辽宁工业大学 材料科学与工程学院，辽宁 锦州 121001）
摘 要：利用脉冲电磁场辅助氧化还原法，以 KMnO4 和 MnSO4 为原料，FeCl3 为铁源，制备 Fe 掺杂二氧化 锰粉体。通过场发射扫描电子显微镜（FESEM）和 X 射线衍射仪（XRD）分别对样品的形貌和结构进行表征， 并使用电化学工作站测试样品的电化学性能。测试结果表明，FeCl3 的存在使二氧化锰晶型由 γ 型转变为 α 型以 及形成二氧化锰纳米短棒。当 FeCl3 掺杂量为 0.03 mol 时，在 1 A/g 电流密度下电极材料的比电容为 758.6 F/g， 与纯二氧化锰相比，比电容提高了 60.7%，说明铁离子的加入可以优化二氧化锰的电化学性能。
JIANG Jia-ru, PAN Shuang, LI Hong-yun, HUANG Wei, WANG Bing，LIU Liang
（College of Materials Science and Engineering, Liaoning University of Technology, Jinzhou 121001, China）