1.2.2 超级电容器常用电极材料 2

1.2.3 超级电容器的种类 2

1.2.4 超级电容器的应用 2

1.3 蝶翅微纳结构及材料化研究 3

1.3.1 蝶翅中的微纳结构 3

1.3.2 蝶翅微纳结构的材料化 4

1.4 二氧化锰的简介 6

1.4.1 二氧化锰的类型与结构 7

1.4.2 二氧化锰的应用 8

1.5 选题意义及研究内容 9

1.5.1 选题意义 9

1.5.2 研究内容 9

第二章 实验部分 10

2.1 实验药品及材料 10

2.2 实验仪器 10

2.3 实验步骤 11

2.3.1 碳化原材料 11

2.3.2 制备电极材料 12

2.3.3 亲水化处理 12

2.3.4 氧化物沉积 14

2.4 结构/成份表征和电化学性能测试 14

2.4.1 结构/成份表征 15

2.4.2 电化学性能测试 15

第三章 结果与讨论 16

3.1 蝶翅微纳结构碳基电极材料 SEM 分析 16

3.2 蝶翅微纳结构碳基电极材料 XPS 分析 18

3.3 蝶翅微纳结构碳基电极材料循环伏安(CV)分析 19

3.4 蝶翅微纳结构碳基电极材料恒流充放电(CP)分析 20

3.5 蝶翅微纳结构碳基电极材料电化学阻抗(EIS)分析 22

结论 23

致谢 24

参考文献 25

第一章 绪 论

1.1  引言

随着便携式电子设备小型化、智能化的发展，高性能、轻质量能量存储设备的研 究变得更加重要。高性能电极材料对于高效电化学系统至关重要。除了优化电极材料 的化学成分及表面状态，其结构效应变得越来越重要，因为多孔材料已经在燃料电池、 超级电容器、电化学传感器、污染物降解等方面表现出巨大的应用前景。目前已经合 成了各种大孔、中孔和微孔材料，其高孔隙率、高比表面积的特点保证了电解质与活 性电极材料之间的高效接触。

目前多孔材料大多是人为的，而本文我们将目光转向了大自然最美丽的生物--蝴 蝶，它们的翅膀拥有从宏观、微观到纳米尺寸的分级结构。将此作为高度有序的多孔 生物模板，应用于电极材料将具有重大的战略意义。当蝴蝶破茧而出的时候，它的翅 膀是非常纤弱的，并且又潮又皱。随后蝴蝶通过翅膀中不同尺寸的收集通道泵送体液， 矫直和扩大其翅膀，这些通道形成的网络体系可以使体液高效地输送。

受自然界启发，本文以金裳凤蝶前翅与大蓝闪蝶为原料模板，采用一步碳化法获 得碳基体材料，以高锰酸钾与硫酸钾为氧化物沉积溶液，成功地制备了蝶翅微纳结构 碳基电极复合材料。实验采用场发射扫描电镜、X 射线光电子能谱分析等表征技术对 蝶翅碳基电极材料的形貌和成分进行了表征，然后通过测试其循环伏安、恒流充放电 与电化学阻抗等来研究其电化学性能。