[发明专利]一种高长径比的二氧化锰纳米线的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高长径比的二氧化锰纳米线的制备方法。

背景技术

二氧化锰由于其优异的电化学特性，成为一种被广泛应用的电极材料。目前对于二氧化锰微观形态的研究主要集中在一维二氧化锰纳米材料即线状二氧化锰的制备上。制备二氧化锰纳米线包括两大方法：水热法和溶胶凝胶法。其中采用溶胶凝胶法制备二氧化锰一维纳米材料相对于采用水热法具有前驱体简单、合成中无需高温高压和生产周期短且产量大的优势，易于进行工业化生产。另外一方面，二氧化锰的微观结构是由边或角共享的MnO₆单元组成的，不同组合方式决定了二氧化锰的不同晶型，如α-MnO₂，β-MnO₂和δ-MnO₂等。同时不同晶型的二氧化锰具有不同尺寸的孔道结构，例如α-MnO₂的2×2孔道结构，β-MnO₂的1×1孔道结构，而这些孔道结构的不同尺寸不仅决定了二氧化锰的比表面积大小也决定了孔道结构中不同阳离子的存在。这些原因决定了不同晶型二氧化锰的电化学活性不尽相同，文献表明[1]，电化学性能最好的是α-MnO₂。综上所述，如何用溶胶凝胶法大量制备α-MnO₂一维二氧化锰材料是具有现实意义的课题。

[1]Y.L.Cao，H.X.Yang，X.P.Ai，L.F.Xiao.The mechanism of oxygen reduction on MnO₂-catalyzed air cathode in alkaline solution[J].Journal of Electroanalytical Chemistry，2003，557：127-134.

发明内容

本发明公开了一种高长径比的二氧化锰纳米线的制备方法，为了实现用溶胶凝胶法大量制备电化学性能最好的α-MnO₂一维高长径比纳米线，本发明采用了以下方案：

一种高长径比的二氧化锰纳米线的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1：以高锰酸钾、还原剂醇和作为pH值调节剂的无机酸为原料，制备二氧化锰凝胶；

1.1 将分析纯级高锰酸钾溶于去离子水中，室温搅拌至完全溶解后加入稀硝酸溶液；

1.2 调节pH值在5.7～6.6范围内，搅拌均匀；

1.3 加入还原剂醇，短时强烈搅拌后静置，两分钟后该混合溶液形成果冻状单块深棕色二氧化锰凝胶；

1.4 将二氧化锰凝胶静置陈化12～20小时；

步骤2：将步骤1中所述二氧化锰凝胶产物制备成二氧化锰干凝胶细粉；

2.1 将陈化后的二氧化锰凝胶离心分离；

2.2 去除上层液体，将固体从离心管中取出后进行真空干燥形成二氧化锰干凝胶；

2.3 研磨二氧化锰干凝胶后得到二氧化锰干凝胶黑色细粉；

步骤3：将步骤2中所述二氧化锰干凝胶细粉进行烧灼，合成高长径比的二氧化锰纳米线。

所述步骤1中分析纯级高锰酸钾的物质的量浓度为0.05～0.2mol/L。

所述步骤1中稀硝酸的物质的量浓度为0.1～1mol/L。

所述步骤1中加入还原剂醇的标准是还原剂醇的羟基与高锰酸钾的摩尔比为140～240∶1。

所述还原剂醇为乙醇。

所述步骤2的离心分离条件为2000-10000转/分钟。

所述步骤2中真空干燥的温度和真空干燥的时间分别为70℃～120℃和10～20小时。

所述步骤3中烧灼黑色二氧化锰干凝胶细粉的空气气氛为450℃～520℃。

所述步骤3中烧灼黑色二氧化锰干凝胶细粉的时间为2～5小时。

一种根据权利要求1至9所述制备方法制得二氧化锰纳米线产物，它是由α-MnO₂组成，其中纳米线含量大于90％，单根纳米线直径为10-20nm，长度为2.0-5.0μm。

本发明具有以下有益效果：

(1)本发明制得的二氧化锰产品的晶型是α型，其电化学性能好，微观形态是高长径比的纳米线且无不纯杂质。

(2)本发明制备高长径比的α-MnO₂纳米线采用的溶胶凝胶法工艺简单，除醇类物质之外不用其它添加剂，适用于二氧化锰的大量制备。

(3)α-MnO₂纳米线的制备过程中采用的药品无毒无污染且利用率高，是环境友好过程。

附图说明