[发明专利]一种超级电容器电极材料二氧化锰的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于超级电容器材料领域，涉及一种二氧化锰的微波水热合成方法，用于电池电极材料、超级电容器电极材料和氧化催化剂。

背景技术

二氧化锰资源广泛，价格低廉，环境友善，已经被广泛的用作电池电极材料和氧化催化剂。氧化锰用作超级电容器电极材料是近几年才发展起来的，不同的制备方法可获得不同形貌结构的氧化锰，不同结构的氧化锰在超级电容器中所具有的电化学性能差别也很大。二氧化锰是一种晶格结构比较复杂的氧化物，有α，β，γ等多种晶型，目前人们公认的MnO₂的微观结构是：MnO⁴⁺与氧配位呈八面体而形成立方紧密堆积，氧原子位于八面体角顶上，锰原子在八面体的中心，[MnO₆]共邻连接成单链或双链结构，这些链和其它链共顶，形成孔隙或隧道结构。不同晶型的MnO₂化学组成基本相同，但是由于晶格结构和晶胞参数不同，即几何形状和尺寸不同，它们的电化学反应能力差别很大。MnO₂几十种晶型结构中，最常见的有α、β、γ型，还有ε、σ、ρ型。Jang等人用化学沉淀法制得MnO₂/A-CNT，其比容量达到184～250F·g^-1，，其中MnO₂是由lee等人的反应式Mn(Ⅶ)+Mn(Ⅱ)＝2.5Mn(Ⅳ)所得。Jia-yanluo等人用协同沉淀法将0.79gKMnO₄与1.84gMn(CH₃COO)₂制得MnO₂，其比容量可以达到160F·g^-1.汪形艳等人用溶胶—凝胶法将KNO₃，醋酸锰，柠檬酸制得α-MnO₂，其比容量可以达到108.26F·g^-1.张密林等人用溶胶凝胶法将Mn(NO₃)₂，柠檬酸，氨水制得纳米MnO₂，其比容量可以达到116.9F·g^-1。Anbao Yuan等人用固相反应法，由Mn(OAC)₂·4H₂O和(NH₄)₂C₂O₄·H₂O制得MnO₂，其比容量可以达到200F·g^-1。Subram、ain等人用热分解法将KMnO₄在不同的酒精条件下制得MnO₂，其比容量可以达到202F·g^-1。Jeng-Kuei Chang等人阳极沉积法，用固态Mn与HNO₃，制得MnO₂，其比容量可以达到349F/g^-1。Hu等人用低温水热法合成Mn₃O₄与MnOOH，其反应物质为20mMn(CH₃COO)₂·4H₂O，与10m硫酸钾，其比容可以达到170F·g^-1。Changzheng wu等人用低温水热法合成γ-MnO₂，反应物质为MnSO₄和KBrO₃，反应温度为130℃，反应时间为16h。

以上方法可以看出，传统的方法制备二氧化锰材料要求温度较高，反应时间较长，工艺也较复杂，形貌不易控制，因此探索一种简单新颖的合成工艺是很有必要的。

水热反应是在相对高的温度和压力下进行的，因此可能实现常规条件下不能进行的反应，改变反应条件可能具有不同晶体结构形貌的产物，并且其工艺相对简单，经济实用，过程污染小。

微波加热不同于传统加热，传统加热是通过辐射、对流、传导三种方式由表及里进行的，而微波加热是材料在电磁场中由介质损耗而引起的体加热，在极短时间内使介质分子达到活化状态，加速分子的运动与碰撞，可大大加速反应速度，缩短反应周期，并因内而外同时加热，体系受热均匀，无滞后效应。

微波水热是将微波场与传统的水热法相结合，体现水热法本身的优势和微波独特的加热特性，近年来微波水热已经成为一种新的合成纳米材料技术。

发明内容

为了解决上述问题，本发明目提供一种结合水热法和微波加热法，在较短的时间，较低的温度下，合成超级电容器材料二氧化锰粉体的制备方法。