1. 研究目的与意义（文献综述）

随着人类环保意识的增强以及传统石油资源的不断消耗，寻找一种绿色的无污染，可再生的能源成为当今科学家关注的焦点，而超级电容器（电化学电容器）作为一种介于传统蓄电池和物理电容器的新兴储能工具，拥有比物理电容器更高的能量密度以及比传统蓄电池更高的功率密度等优点，这使得其在短时间充放电领域独占鳌头。

而影响电容器性能的重要因素是电极材料。在各类电极材料中，最被广泛应用的是各种碳材料，其中包括活性炭材料，碳纤维材料，碳纳米管材料以及改性的碳材料等，但由于法拉第赝电容的存在使得金属氧化物代替碳材料的应用成为可能，最开始的研究领域主要集中在ruo₂等贵金属化合物领域，研究表明，ruo₂·xh₂o体系有较高的比容量，但是其价格昂贵，对环境毒性大，因此不能大批量生产，只能运用在军工航天领域，此目前需要找到能够替代贵金属氧化物的材料，如今研究较多的是nio，coo，mno以及mno₂材料。^[1] 其中mno尤其引人注目，因为其具有相对低的转换电势，很小的电压滞后效应，很高的丰度和环境友好性。^[2] 但是这种材料也具有较差的电子传导能力以及在充放电过程中容量的不稳定性，两者都影响到其工作速率和循环能力。为了解决上述问题，人们采用了许多策略以期提高mno为基础的电池阳极的电化学性能。其中一种策略就是把电极材料制造低维度的纳米结构，这样可以减少锂离子在材料中的扩散行为，承受住由于锂离子出入电极产生的结构性压力，因此起到提高工作速率和循环稳定性。^[3,4] 另外，用碳包覆或碳支撑的复合材料是提高电极电化学性能的另一办法。^[5,6] 碳材料通常能有效增强材料的导电性并在工作循环过程中保持稳定的结构并对电池的锂化和脱锂有帮助。举例来说，以mno为核包覆上碳的纳米线材料的电容量达到801ma·g^-1，经过200次循环后仍有500 ma·g^-1。花生状的碳包覆mno复合材料具有952 ma·g^-1的高电容量，经过200次循环后有200 ma·g^-1。^[6] 最近几年报道较多的是使用氮掺杂的碳材料能进一步提高导电性和反应活性以及锂离子存储能力。^[7,8]而实际上采用氟掺杂的碳材料不仅能达到氮掺杂材料的效果，而且可以使碳材料由非极性材料变为极性材料，使其和各类电解质有更好的相容性从而提高材料的电化学性能。近年来的报道鲜有将碳材料包覆上氧化锰再进行氟掺杂的例子，本文合成了氟掺杂的氧化锰包覆的碳材料，集合了两者的优点并将其高比表面活性炭材料组成锂离子混合电容器，研究其电化学容量、功率及循环特性。

黄柏辉等人采用固相合成的方法制备无定型二氧化锰作为电极材料在不同的有机电解液中均有良好的法拉第准电容特性，而且当其在1mol·l^-1liclo₄/an中以1.0ma/cm²的电流充放电时，循环过程中比容量几乎没有衰减。^[9]

yong zhao等人采用一种经济实用的方法合成一种二氧化锰包覆的碳球作为超级电容器的电极材料，通过简单控制反应时间，能合成出不同结构的碳球，其中一种碳球具有252f·g^-1的容量，2000次循环后仍保持74%的性能（5a·g^-1的电流密度）。^[10]

2. 研究的基本内容与方案

2.1研究基本内容：利用自组装法合成氟掺杂的碳包覆的纳米氧化锰复合材料，并和高比表面活性炭材料组成锂离子混合电容器，研究其电化学容量、功率及循环特性。

2.2 目标：找出氟掺杂的碳包覆的纳米氧化锰复合材料在电容器阳极中应用的发展前景。

2.3 拟采用的技术方案及措施：

3. 研究计划与安排

第1—3周：查阅相关文献资料，明确研究内容，了解研究所需实验进程。确定方案，完成开题报告；

第4—7周：合成氟掺杂的碳包覆的纳米氧化锰复合材料，并进行表征；

第8—12周：将氟掺杂的碳包覆的纳米氧化锰复合材料与高比表面活性炭材料组成半电池，利用电化学方法检测该体系的容量、功率和循环特性。；

4. 参考文献（12篇以上）

1. 张莹, 刘开宇, 张伟,等. 二氧化锰超级电容器的电极电化学性质[j]. 化学学报, 2008, 66(8):909-913.

2. sun y, hu x, luo w, et al. reconstruction of conformal nanoscale mno on graphene as a high-capacity and long-life anode material for lithium ion batteries[j]. advanced functional materials, 2013, 23(19):2436–2444.

3. yu x q, he y, sun j p, et al. nanocrystalline mno thin film anode for lithium ion batteries with low overpotential[j]. electrochemistry communications, 2009, 11(4):791-794.