《Journal of the Indian Chemical Society》：Facile synthesis of SrMnO
3 nanorods for high-capacitance supercapacitor devices
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采用共沉淀法制备了SrMnO3纳米棒，通过XRD、HR-TEM等确认其六方结构和纳米棒形貌，比表面积达37.94 m2/g。电化学测试显示高比电容（CV:349.70 F/g，GCD:183.03 F/g）和良好循环性能，证实其作为超级电容器电极的潜力。
Krishnasamy Madhumitha | Arputharaj Samson Nesaraj
智能电化学能量转换系统中心，化学系，高级科学学院，Kalasalingam研究与教育学院（被认定为大学），Anand Nagar，Krishnankoil，626 126，泰米尔纳德邦，印度
摘要
通过共沉淀法制备了SrMnO3钙钛矿纳米棒，并研究了该材料作为储能电极的潜在特性。使用相应的系统仪器对SrMnO3纳米棒进行了物理化学分析，以确认其相结构、微观结构和功能特性。热重分析（TGA）研究表明，前驱体混合物发生了热分解和质量变化。此外，XRD和HR-TEM分析证实了合成的钙钛矿具有六方几何结构。扫描电子显微镜（SEM）显示了棒状形态，傅里叶变换红外光谱（FT-IR）和能量色散X射线光谱（EDAX）评估表明形成了预期的钙钛矿晶格以及化学连接性。通过BET/BJH分析，发现SrMnO3纳米棒的比表面积为37.942 m2 g?1，孔体积为0.061 cm3 g?1，平均孔径为2.140 nm。通过循环伏安法（CV）、恒电流放电（GCD）和电化学阻抗谱（EIS）等电化学方法评估了这些纳米材料的性能。SrMnO3电极的电容分别为349.70 F g?1（CV，2 mV s?1）和183.03 F g?1（GCD，1 A g?1），EIS结果显示其电阻极低，非常适合用于超级电容器。在三电极系统中，该电极在1000次GCD循环后仍表现出优异的性能，这种性能在两电极对称设备中也得到了验证。
引言
由于全球自然资源短缺，迫切需要开发高性能的替代储能系统。全球温室气体排放增加导致的气候变化是推动储能需求的关键因素[1]。不断增长的能源需求要求采取平衡的方法来生产和管理下一代能源。人口增长直接导致了自然资源的枯竭，进一步加剧了对高效能源体系的需求[2]。在过去二十年里，自然资源的开采和生物质利用量激增。温室气体的相应增加引发了生态问题，包括气候变化、极端天气变化和环境污染[3]。快速的环境发展、工业化和高新技术突破等因素影响了环境可持续性，从而产生了对有效环境发展替代能源的需求。非化石燃料（尤其是太阳能和风能）的使用至关重要；然而，气候变化对这些可再生能源的影响不容忽视。因此，储能系统对于当前和未来的能源控制和有效管理至关重要[4,5]。储能系统在储存化学能、机械能和热能方面发挥着关键作用。它们通常分为小规模系统（如化学电源和电容器，以化学能、动能、压缩空气等形式储存能量）和大规模系统（如基于热能或质量的储能[6]）。在所有储能设备中，超级电容器/超电容器具有出色的效率和可靠性[7]。它们兼具电容器和电池的特性：像电容器一样能够快速输电，像电池一样能够稳定储存能量，通过电极-电解质界面上的离子-表面相互作用实现能量储存[8]。超级电容器分为三类：伪电容器（PC）、电化学双层电容器（EDLC）和混合电容器（HC）[9]。伪电容器通过电极表面的可逆法拉第反应储存电荷，而EDLC则通过电极-电解质界面静电储存电荷。混合超级电容器同时利用这两种机制进行电荷储存[10],[11],[12]。锂离子电池的工作原理基于可逆氧化还原反应，具有高容量储能能力。二维银钒酸盐纳米结构表现出良好的电化学性能，表明它们适用于通过氧化还原和物理吸附机制储存氢[13]。由于运行过程中温度失控导致的热不平衡，设备性能会下降[14]。电化学储氢作为一种有前景的方法应运而生，推动了具有合适储存机制和特性的先进材料的发展[15]。超级电容器的加入可以优化电池的技术缺点。电池与高容量设备的结合形成了具有增强速率能力和循环性能的混合储能系统[16]。超级电容器具有更好的储能能力，并能以非常快的速度为所需应用提供能量。作为混合储能设备，超级电容器的性能优于电池和传统电容器。其优异的速率性能使其非常适合高功率应用，因为它们提供了卓越的功率性能、快速的充放电过程和低阻抗。环保特性进一步增强了它们在现代高能量和高功率密度储能系统中的吸引力[17],[18],[19]。根据储能机制的不同，超级电容器可分为静电电容器、伪电容器系统和混合储能电容器。EDLC通过电极-电解质界面的静电极化工作，而伪电容器则经历快速的氧化还原循环[20]。混合电容器同时具备静电和伪电容器的特性，提供了快速的能量循环和增强的储能能力[21]。开发具有理想特性的超级电容器需要选择更好的电极材料。电极表面积越大，电子迁移效果越好。基于碳的电极（如碳纳米管（CNTs）、活性炭和石墨烯）由于具有较大的表面积，是良好的电极材料[22]。先进的电极材料（如金属有机框架、MXenes和层状双氢氧化物）已被用于锂离子电池和超级电容器。设计一维结构可以进一步提高电极的氢储存效率[23,24]。导电聚合物和过渡金属氧化物也具有很高的能量储存潜力，并具有出色的耐用性[25],[26],[27]。近年来，二元和三元过渡金属氧化物作为有效的电极得到了广泛应用[28]。电解质的选择对性能特性也有显著影响，因为有机基、水基、聚合物和离子导电液体在操作电压和离子传输效率方面表现出不同的特性[29]。优化电极材料可以制造出耐用且高效的超级电容器[30]。钙钛矿氧化物的氧价态和独特性质促进了高效的离子传输和良好的电化学性能[31]。基于PrFeO3的纳米材料因其可调节的结构和电子性质而受到关注。通过调整合成参数和成分修改，可以提高其功能性能，适用于先进应用[32]。锶钙钛矿氧化物的丰富性和氧化还原活性使其成为高性能储能的理想电极材料。较大的表面积和纳米结构孔隙促进了快速的离子传导和高效的电子迁移[33]。多种基于锶的钙钛矿氧化物（包括SrCoO3、SrTiO3、SrMnO3、SrFeO3）及其掺杂形式已被研究用于超级电容器应用，因为它们具有相应的电子迁移性、法拉第能量储存、离子传导和Fe3+/Fe4+的可逆氧化还原过程[34],[35],[36],[37]。SrMnO3、掺杂SrMnO3、SrMnO3/rGO复合材料、SrMoO4、SrTiO3和ZrV2O7的物理化学性质已被广泛研究，用于先进技术应用[38],[39],[40],[41],[42],[43]。对材料成分进行微调可以提高其电化学性能，使其成为混合电池系统的更好材料。在我们的研究中，使用湿化学共沉淀法制备了一种新型储能电极——SrMnO3纳米棒。研究了该材料的物理化学性质（包括晶体结构、形态和元素组成），以及电化学性能（包括电荷储存和库仑性能）。具有细纳米棒结构的钙钛矿晶体框架和有效的氧化还原反应表明其在下一代超电容器中具有广泛应用前景。
材料
本合成中使用的起始材料包括：纯度为98%的硝酸锶（SRL，印度）、纯度为99%的硫酸锰（Rankem，印度）、纯度为97%的氢氧化钠颗粒（SRL）、纯度为98%的浓硫酸（Sigma-Aldrich，印度）、纯度为99.5%的N-甲基-2-吡咯烷酮（NMP，SRL，印度）以及聚偏二氟乙烯（PVDF，Thermo Laboratories Pvt. Ltd.，印度）。所有化学品均按接收状态使用，溶液使用蒸馏水配制。
前驱体的热重分析
Sr(OH)2 + Mn(OH)2前驱体混合物的热重行为如图2所示。在空气气氛下，将初始质量为4.73 mg的样品放入开放式铂坩埚中加热进行煅烧前，观察到在50°C附近有1.05%的轻微重量增加，这归因于大气中水分或氧的吸附。在67°C时观察到约0.4%的轻微重量损失，这与表面结合水和挥发性物质的去除有关。
电化学分析
在含有0.5 M H2SO4电解液的三电极系统中，研究了制备的SrMnO3钙钛矿电极的电化学性能。对电极和参比电极分别使用铂丝和饱和甘汞电极（SCE）。通过循环伏安法（CV）、恒电流放电（GCD）等方法研究了电容、氧化还原活性、电荷转移行为以及电极-电解质界面处的充放电效率。
结论
通过基本的湿化学共沉淀工艺成功制备了SrMnO3钙钛矿纳米棒，并在700°C下进行了退火处理。SEM分析显示了纳米棒形态，XRD图谱确认了六方相结构，HR-TEM图像进一步证实了这一点。制备的纳米晶体平均粒径约为39 nm，晶格层间距为0.573 nm。FT-IR光谱通过特征谱线确认了钙钛矿结构的形成。
CRediT作者贡献声明
Krishnasamy Madhumitha：撰写——原始草稿、验证、方法论、研究。
Arputharaj Samson Nesaraj：撰写——审稿与编辑、监督、资源管理、项目规划、概念构思。
利益冲突声明
- 所有作者均参与了（a）概念设计和数据分析；（b）文章的起草或对重要内容的批判性修订；以及（c）最终版本的批准。
- 本手稿尚未提交给其他期刊或出版机构，也不在审稿中。
- 作者与任何与本研究主题有直接或间接财务利益的组织无关。
致谢
作者衷心感谢中央电力研究所、印度政府电力部（拨款编号CPRI/R&D/TC/GDEC/2025，日期2025年3月6日）提供的财政支持。作者还感谢Kalasalingam研究与教育学院在智能电化学能量转换系统中心（位于高级科学学院化学系）提供的基础设施和实验室设施。
