异质结构的MnO2/CuO复合薄膜在铜线上的应用及其在电化学储能中的性能：来自光谱-显微技术的洞察

《Advanced Sustainable Systems》：Heterostructured MnO2/CuO on Cu Wire for Electrochemical Energy Storage: Insights from Spectro-Microscopy

电荷存储机制在双金属氧化物异质结构中的研究是电化学能源存储的关键挑战。本研究采用铜线模板两步法：铜表面碱处理氧化后，通过控制反应时间与浓度，实现锰二氧化物自发的氧化还原沉积。XRD和拉曼光谱证实了Cu、CuO、Cu(OH)?及MnO?的共存，并揭示了界面电荷转移机制。40分钟沉积的MnCu-40样品比电容最高，光谱分析显示Cu2?比例增加及Mn价态降低，电子耦合增强。电化学测试表明MnO?在充放电中发生MnO?→MnOOH转化。研究证实三维铜骨架支撑的MnO?/CuO异质结构为高比电容超级电容器电极提供新路径。

　　

摘要

深入理解双金属氧化物异质结构中的电荷存储机制仍是电化学储能研究中的一个关键挑战。在本研究中，通过一种简单的两步法在铜 wire 上合成了锰氧化物/铜氧化物（MnO₂/CuO）异质结构：首先利用碱辅助对铜表面进行氧化处理，然后在受控的反应时间内使用高锰酸钾实现二氧化锰的自发氧化还原沉积。X 射线衍射图谱证实了 Cu、CuO 和氢氧化铜（Cu(OH)₂）相的存在，而拉曼光谱则揭示了 CuO/Cu(OH)₂ 和 MnO₂ 的振动特征。通过调节浸渍时间，可以制备出纳米棒、纳米针和纳米片状结构；其中 40 分钟制备的样品（MnCu-40）在所有变体中表现出最高的比电容。光谱分析表明，MnCu-40 中铜的电荷状态（2⁺）增加，而锰的电荷状态降低，这暗示了界面处的电荷转移。光谱-显微分析显示 Mn-Cu 界面上存在强烈的电子耦合和混合价态。在操作条件下，MnO₂ 中的 MnO₆ 会电化学转化为 MnOOH。这些发现表明，合理设计的 3D 铜支架上的 MnO₂/CuO 异质结构为高性能超级电容器电极提供了有前景的途径。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。