题目：不同形貌二氧化锰纳米材料的制备及其电容性能研究

随着现代社会的飞速发展，环境和能源问题越来越突出。锰的价格低廉、无毒、对环境友好、结构多样化且其自然资源丰富，这使得氧化锰材料在能源、环境、催化、吸附、离子交换和通讯等诸多领域都有广泛的应用。因此，本论文以二氧化锰材料为对象，研究了具有特殊形貌二氧化锰材料的制备及其电容性能，利用 XRD、SEM、TEM、CV 等手段，表征了所制备材料的结构、形貌和电化学性质。
全文包括综述和实验二大部分。第一章综述部分主要论述了二氧化锰的结构特征、合成方法、性质及其应用。实验部分以高锰酸钾和硫酸锰为反应体系，制备了空心微球型二氧化锰 (第二章) 和星型纳米簇状二氧化锰 (第三章)；以 SBA-15 为模板制备了二氧化锰介孔材料 (第四章) 。在探讨了制备材料生长机理的基础上，研究了制备材料的电化学性质。第五章为全文的结论。
主要研究内容、研究成果及创新点如下：
1. 在无模板剂或表面活性剂辅助条件下，以高锰酸钾和硫酸锰的氧化还原反应体系为研究对象，采用水热反应制备了三维海胆型和空心微球二氧化锰纳米材料。高锰酸钾和硫酸锰摩尔比为 6 : 1 时，酸性体系中直接水热反应 20 min得到了海胆型二氧化锰；高锰酸钾和硫酸锰摩尔比为 6 : 1 的反应体系中加入适当量的三价铁离子，得到了空心微球型二氧化锰。应用 XRD、SEM、TEM、N2 吸附和元素分析，对所制备材料进行了表征。结果表明海胆型和空心微球型二氧化锰纳米材料都是由纳米棒组装而成，铁离子对合成空心微球型二氧化锰纳米材料具有关键作用，空心微球型二氧化锰的生长机理遵循奥斯特瓦尔德熟化机制。空心微球型二氧化锰纳米材料在 1 mol/L 的 Na2SO4 溶液中，扫描速度为 5 mV/s 时显示了较高的比电容，其比电容量达到 106 F/g。同时，该材料具有好的电化学可逆性及循环稳定性，是较理想的超级电容器电极材料。
2. 在无模板剂或表面活性剂辅助条件下，以摩尔比为 5 : 3的高锰酸钾和氯化锰为研究体系，向体系中添加不同价态金属离子，如钠离子，镁离子，铁离子，研究结果发现，反应体系中存在的不同金属离子能显著影响制备产物的形貌。不加金属离子时，产物为不均匀纳米棒，当加入上述离子时，其形貌分别变为花瓣状，均匀棒状和星型二氧化锰纳米簇。星型纳米簇状二氧化锰材料在 1 mol/L 的 Na2SO4 溶液中，扫描速度为 5 mV/s 时所得循环伏安曲线对称性良好，测试电势范围内无氧化还原峰出现，可以满足超级电容器快速充放电的需求。
3. 采用模板辅助法合成介孔二氧化锰材料。以介孔分子筛 SBA-15 为模板，高锰酸钾和硝酸锰为锰源，采用水热反应制备了二氧化锰负载的 SBA-15 中间体。该中间体用氢氧化钠溶掉模板，形成了具有介孔结构的二氧化锰材料。研究结果表明，用 SBA-15模板制备的二氧化锰具有介孔孔道和大的比表面积，但该材料比电容较小。