[发明专利]锰氧化物纳米空心十四面体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米空心十四面体及制备方法，尤其是一种锰氧化物纳米空心十四面体及其制备方法。

背景技术

锰氧化物是重要的能源和电子材料，它在电池电极、电容器和磁性材料，以及光催化等领域有着重要的应用前景，纳米锰氧化物因其的纳米尺寸而使其具有了更加优异的性能。基于此点，人们为了获得纳米锰氧化物，做出了不懈的努力，如在2009年2月25日公开的中国发明专利申请公布说明书CN101372363A中披露的“一种合成α-MnO₂微米空心球和纳米团簇的方法”。它意欲通过改变实验参数来制备不同形貌的α-MnO₂材料，即提供一种工艺简单的制备α-MnO₂微米空心球和纳米团簇的方法。其采用的方法为水热法，具体为将过硫酸钾、水合硫酸锰和去离子水搅拌溶解后，与浓硫酸一起加入水热反应釜中，在110～140℃下反应1～12个小时后自然冷却至室温，然后经洗涤干燥得到α-MnO₂微米空心球；若在反应前向水热反应釜中再添加硝酸铝，则可制得α-MnO₂星型纳米团簇。但是，这种合成方法存在着不足之处，首先，制得的产物仅是α-MnO₂微米空心球，或α-MnO₂星型纳米团簇，未能制得锰氧化物的纳米空心十四面体；其次，合成方法中使用了过硫酸钾和浓硫酸，对环境构成了污染的威胁，因为，过硫酸钾对人的皮肤以及呼吸系统均具有较大的刺激性，极易对其造成损伤，当过硫酸钾与还原性物质混合时还极易发生爆炸，而浓硫酸的腐蚀性很强，也易造成环境的污染。

发明内容

本发明要解决的技术问题为克服现有技术中的不足之处，提供一种具有多面外形和较大的比表面积的锰氧化物纳米空心十四面体。

本发明要解决的另一个技术问题为提供一种锰氧化物纳米空心十四面体的制备方法。

为解决本发明的技术问题，所采用的技术方案为：锰氧化物纳米空心十四面体由锰氧化物构成，特别是，

所述锰氧化物为相互连接的14片薄片组成的空心块状物，所述薄片的厚度为30～150hm，其由直径为30～70nm的颗粒组成；

所述空心块状物的厚度为0.5～3μm，其正面和背面均为六边形薄片，所述正、背两面六边形薄片的相邻两条边之间为两片梯形四边形薄片；

所述六边形薄片的3条对角线的长度均为1～10μm。

作为锰氧化物纳米空心十四面体的进一步改进，所述的两片梯形四边形薄片间的夹角为120～130度；所述的六边形薄片的相邻两条边的夹角均为110～130度；所述的锰氧化物为四氧化三锰(Mn₃O₄)或三氧化二锰(Mn₂O₃)或八氧化五锰(Mn₅O₈)。

为解决本发明的另一个技术问题，所采用的另一个技术方案为：锰氧化物纳米空心十四面体的制备方法包括水热法，特别是完成步骤如下，

步骤1，将金属锰粉：水溶性碱性化合物：水溶性含氧酸盐：水为0.01∶0.01～1∶0.005～0.1∶1～10的摩尔比例相混合后，置于密闭状态下，于温度为150～250℃下保温0.5～24h，得到水热产物；

步骤2，对冷却后的水热产物进行过滤处理，得到中间产物；

步骤3，将中间产物置于温度为200～800℃下退火0.5h以上，制得锰氧化物纳米空心十四面体。

作为锰氧化物纳米空心十四面体的制备方法的进一步改进，所述的水溶性碱性化合物为氢氧化钠或氢氧化钾或氢氧化锂；溶性含氧酸盐为高氯酸纳或硝酸钠或磷酸钠；所述的水为去离子水或蒸馏水；所述的将中间产物置于温度为200～380℃下退火0.5～2h，制得四氧化三锰(Mn₃O₄)纳米空心十四面体；所述的将中间产物置于温度为500～800℃下退火0.5～2h，制得三氧化二锰(Mn₂O₃)纳米空心十四面体；所述的将中间产物置于温度为380～500℃下退火6～8h，制得八氧化五锰(Mn₅O₈)纳米空心十四面体。