α-MnO2纳米棒的控制水热生长：温度对电化学性能的影响

《ChemistrySelect》：Controlled Hydrothermal Growth of α-MnO2 Nanorods: Effect of Temperature on Electrochemical Performance

通过调控水热合成温度，α-MnO?纳米材料的结构和形貌可优化，160℃合成的纳米rod展现出高比电容（471.37 F/g）、功率密度（2.08 kW/kg）和能量密度（55.92 Wh/kg），为高性能超级电容器电极材料。

　　

摘要

本研究揭示了通过改变水热合成温度，可以有效地调节α-MnO₂纳米材料的结构、形态和电化学性能。样品分别在120、140和160°C下合成。XRD分析证实，在较高温度下形成了纯四方结构的α-MnO₂相，并且结晶度有所提高。SEM和TEM图像显示，在160°C时，颗粒从聚集状态转变为形态规整、均匀的纳米棒。对M-160样品的拉曼分析显示了典型的α-MnO₂特征谱线，其中574 cm^?1处的强峰证实了MnO₂八面体中的Mn-O振动以及Mn⁴⁺物种的主导地位。XPS分析进一步验证了Mn⁴⁺氧化态的占主导地位，从而确认了α-MnO₂相的形成。热分析表明该材料在约300°C以下具有良好的热稳定性。M-160样品具有最大的比表面积（55.3 m²/g）和中孔隙率（3.03 nm）。电化学表征（包括CV、GCD和EIS）结果显示，160°C下合成的样品性能最佳，在10 mV/s的电流密度下比电容为471.37 F/g，在1 A/g的电流密度下比电容为460.4 F/g。组装而成的器件表现出2.08 kW/kg的功率密度和55.92 Wh/kg的能量密度。这些结果表明，160°C下合成的α-MnO₂是一种具有广泛应用前景的高性能超级电容器电极材料。

图形摘要

本研究表明，通过改变水热合成温度可以调节α-MnO₂的结构、形态和电化学性能。160°C下合成的样品形成了纯四方结构的α-MnO₂纳米棒，具有较大的比表面积和中孔隙率，以及优异的比电容（471 F/g），显示出作为高能量、高功率超级电容器电极材料的优越性能。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。