[发明专利]纳米尖晶石锰酸锌的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超细纳米材料的制备，特别是一种超细纳米尖晶石锰酸锌(ZnMn₂O₄)的制备方法。

背景技术

尖晶石锰酸锌(ZnMn₂O₄)是一种廉价和无毒的材料，其可作为磁性材料、锂离子电池电极材料或锌离子电池电极材料。目前尖晶石锰酸锌的制备方法主要有聚合物高温分解法、水热法以及高温固相合成法等方法。这些方法制备成本较高、工艺复杂、产量较低而且不能控制所制样品的形貌和粒径，因此急需一种简单的方法制备各种粒径的尖晶石锰酸锌。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种制备方法简单的纳米尖晶石锰酸锌的制备方法。

本发明的第二目的是提供一种制备方法简单，可以制备粒径小于10nm的超细纳米尖晶石锰酸锌的制备方法。

本发明的第三目的是提供一种能够控制产物形貌和粒径的纳米尖晶石锰酸锌的制备方法。

在研究中我们发现硝酸锌为无机氧化剂因此能氧化二价锰生成更高价态的锰，而且硝酸锌熔点低，例如六水硝酸锌熔点为36.4℃，加热到37℃即溶于结晶水，因此我们以硝酸锌和二价锰盐为原料，以硝酸锌氧化二价锰盐制得尖晶石锰酸锌，并通过硝酸锌低熔点的特性，在反应过程中熔化包覆于产物的表面形成空间位阻，阻止尖晶石锰酸锌颗粒长大。

为了达到上述第一目的，本发明提供一种纳米尖晶石锰酸锌的制备方法，其特征在于，由硝酸锌和二价锰盐按下述步骤制得：1)按锌与锰的摩尔比为10∶1～1∶2取硝酸锌和二价锰盐，混合均匀；2)将步骤1)制得的混合物在50～200℃下，煅烧40～60小时，即制得纳米尖晶石锰酸锌。

其中，二价锰盐可以采用硝酸锰、醋酸锰、硫酸锰或碳酸锰等。在步骤1)中，可以采用研磨法等常规的机械混合法将硝酸锌和二价锰盐混合均匀；也可以采用溶解混合法将硝酸锌和二价锰盐混合均匀。在采用溶解混合法时，溶剂可以选用水，将硝酸锌和二价锰盐完全溶解于水中，然后通过加热脱水后，制得硝酸锌和二价锰盐的均匀混合物。

为了达到上述第二目的，本发明提供了一种纳米尖晶石锰酸锌的制备方法，能够制备粒径小于10nm的超细尖晶石锰酸锌，其特征在于，由硝酸锌和二价锰盐按下述步骤制得：1)按锌与锰的摩尔比为10∶1～2.5∶1取硝酸锌和二价锰盐，混合均匀；2)将步骤1)制得的混合物在50～200℃下，煅烧40～60小时，即制得纳米尖晶石锰酸锌。

其中，二价锰盐可以采用硝酸锰、醋酸锰、硫酸锰或碳酸锰等。在步骤1)中，可以采用研磨法等常规的机械混合法将硝酸锌和二价锰盐混合均匀；也可以采用溶解混合法将硝酸锌和二价锰盐混合均匀。在采用溶解混合法时，溶剂可以选用水，将硝酸锌和二价锰盐完全溶解于水中，然后通过加热脱水后，制得硝酸锌和二价锰盐的均匀混合物。

为了达到上述第三目的，本发明进一步在上述解决第一目的或第二目的的技术方案基础上，通过设计硝酸锌与二价锰盐的摩尔比控制制得的纳米尖晶石锰酸锌的形貌和粒径，硝酸锌所占比例越大，所制得的纳米尖晶石锰酸锌的粒径越小。

本发明制备工艺简单，在低温下煅烧即可实现，成本低，对设备要求低。而且所制产物纯度高。

其利用硝酸锌低熔点的特性，在反应过程中熔化包覆于产物的表面形成空间位阻，阻止尖晶石锰酸锌颗粒长大，能够控制产物的形貌和粒径。

本发明制备方法能够制备出粒径小于10nm的超细尖晶石锰酸锌。

附图说明

图1为实施例1所制得纳米尖晶石锰酸锌TEM电镜图；

图2为实施例2所制得纳米尖晶石锰酸锌SEM电镜图；

图3为实施例3所制得纳米尖晶石锰酸锌SEM电镜图；

图4为实施例1-3所制得纳米尖晶石锰酸锌XRD结构图。

具体实施方式

实施例1：

室温下，将一定量的硝酸锌和醋酸锰以摩尔比为3∶1溶解于一定量的纯水中，然后在85℃烘干水分并继续在此温度(85℃)反应48小时。产物用水进行浸泡并过滤，用水洗涤5次，烘干即得到尖晶石锰酸锌粉末。图1为实施例1所制得纳米尖晶石锰酸锌TEM电镜图，可以看出所制得纳米尖晶石锰酸锌的粒径在5nm左右，所制样品的XRD谱图见图4中(a)，由XRD图可知所制备样品为纯尖晶石锰酸锌。

实施例2：