SÍNTESE DE ?-MnO2 A PARTIR DA DIGESTÃO ÁCIDA DE UM PRECURSOR DE ORIGEM POLIOL E SUA APLICAÇÃO EM SUPERCAPACITOR
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Data de Publicação: | 2013 |
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Resumo: | A simple hybrid synthesis-processing method was developed to synthesize ?-MnO2 nanocrystalline particles. The Polyol method was modified by the addition of nitric acid in order to allow the synthesizing of single-phase Mn3O4 in large scale. In the sequence, the acid digestion technique was used to transform Mn3O4 into ?-MnO2. From the data of X-ray diffraction (XRD), by applying the model of Chabre and Pannetier, the structure of ?-MnO2 synthesized consists of 39% of pyrolusite and owns 20% of structural disorder microtwinning type. The average diameter of crystallites ?-MnO2 synthesized, estimated by the Scherer`s equation from the XRD data, was 15,4 nm. From the data in the thermogravimetric measurements, the water content in the structure of the ?-MnO2 was 2,78%. From this information and data obtained by chemical analysis measurements, the fraction of vacant cation in the ?-MnO2 was 0,027. From the analysis of nitrogen adsorption isotherms using the BET method, the specific surface area of ?-MnO2 was 53,54 m².g?¹, its total pore volume was 0,20 cm³.g?¹ and the average diameter of the pores was 14,67 nm. According images obtained by scanning electron microscopy, the particles of ?-MnO2 are clustered and according to the images obtained by transmission electron microscopy, the morphology of the particles of ?-MnO2 is as rods, and these have a diameter about 10 nm and a length of about 30 nm. The maximum specific capacitance of the synthesized material obtained by cyclic voltammetry in electrolyte 1 mol.L?¹ Na2SO4, in a potential window from 0.0 to 0.9 V vs. Ag/AgCl was 509.7 F.g?¹ in a mass loading of 0,4 mg.cm-2. The charge storage mechanism of ?-MnO2 was pseudocapacitive, being favored by increasing the concentration of the electrolyte and the pH of this and by the decrease in scan rate. The smaller the mass loading of ?-MnO2 (mg.cm-2) on the electrode, the higher the specific capacitance of ?-MnO2. According to the measures galvanostatic of charge-discharge, the synthesized material shows excellent cyclic stability, and thus potential for application as electrode material for supercapacitor. |
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From the data of X-ray diffraction (XRD), by applying the model of Chabre and Pannetier, the structure of ?-MnO2 synthesized consists of 39% of pyrolusite and owns 20% of structural disorder microtwinning type. The average diameter of crystallites ?-MnO2 synthesized, estimated by the Scherer`s equation from the XRD data, was 15,4 nm. From the data in the thermogravimetric measurements, the water content in the structure of the ?-MnO2 was 2,78%. From this information and data obtained by chemical analysis measurements, the fraction of vacant cation in the ?-MnO2 was 0,027. From the analysis of nitrogen adsorption isotherms using the BET method, the specific surface area of ?-MnO2 was 53,54 m².g?¹, its total pore volume was 0,20 cm³.g?¹ and the average diameter of the pores was 14,67 nm. According images obtained by scanning electron microscopy, the particles of ?-MnO2 are clustered and according to the images obtained by transmission electron microscopy, the morphology of the particles of ?-MnO2 is as rods, and these have a diameter about 10 nm and a length of about 30 nm. The maximum specific capacitance of the synthesized material obtained by cyclic voltammetry in electrolyte 1 mol.L?¹ Na2SO4, in a potential window from 0.0 to 0.9 V vs. Ag/AgCl was 509.7 F.g?¹ in a mass loading of 0,4 mg.cm-2. The charge storage mechanism of ?-MnO2 was pseudocapacitive, being favored by increasing the concentration of the electrolyte and the pH of this and by the decrease in scan rate. The smaller the mass loading of ?-MnO2 (mg.cm-2) on the electrode, the higher the specific capacitance of ?-MnO2. According to the measures galvanostatic of charge-discharge, the synthesized material shows excellent cyclic stability, and thus potential for application as electrode material for supercapacitor.Um método simples de síntese com processamento híbrido foi desenvolvido para sintetizar partículas nanocristalinas de ?-MnO2. O método poliol foi modificado pela adição de ácido nítrico de modo a permitir a síntese de Mn3O4 como fase única em larga escala. Na sequência a técnica da digestão ácida foi utilizada para transformar Mn3O4 a ?-MnO2. A partir dos dados de difratometria de raios X (DRX), pela aplicação do modelo de Chabre e Pannetier, a estrutura do ?-MnO2 sintetizado é constituída por 39% de pirolusita e possui 20% de desordem estrutural do tipo microtwinning. O diâmetro médio de seus cristalitos estimado pela equação de Scherer, a partir dos dados de DRX, foi de 15,4 nm. A partir dos dados das medidas termogravimétricas, o conteúdo de água estrutural no ?-MnO2 foi de 2.78%. A partir deste dado e dos obtidos pelas medidas de análise química, a fração de vacância do cátion do ?-MnO2 foi de 0,027. A partir da análise das isotermas de adsorção de nitrogênio pelo método BET, a área superficial específica do ?-MnO2 foi de 53,54 m².g?¹, o volume total dos poros 0,20 cm³.g?¹ e o diâmetro médio destes 14,67 nm. Pelas imagens obtidas por microscopia eletrônica de varredura, as partículas do ?-MnO2 estão aglomeradas e de acordo com as imagens obtidas por microscopia eletrônica de transmissão, possuem morfologia como bastões com diâmetro de cerca de e comprimento em torno de nm. A máxima capacitância específica do material sintetizado obtida por voltametria cíclica em eletrólito de Na2SO4 1 mol.L?¹, em uma janela de potencial de 0,0 a 0,9 V vs. Ag/AgCl, foi de 509,7 F.g?¹ em um carregamento de massa de 0,4 mg.cm-2. O mecanismo de armazenamento de carga do ?-MnO2 provou ser pseudocapacitivo, sendo favorecido pelo aumento da concentração do eletrólito e do pH deste e pela diminuição da velocidade de varedura. Quanto menor o carregamento de massa do ?-MnO2 (mg.cm-2) no eletrodo, maior a capacitância específica do ?-MnO2. De acordo com as medidas galvanostáticas de carga-descarga, o material sintetizado apresenta excelente estabilidade cíclica e, portanto potencial para aplicação como material de eletrodo para supercapacitor.Made available in DSpace on 2016-09-20T12:27:48Z (GMT). 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