[发明专利]一种脑珊瑚状水钠锰矿型二氧化锰的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种脑珊瑚状水钠锰矿型二氧化锰的制备方法，属于纳米材料制备技术领域。

背景技术

在锰的化合物中，二氧化锰是一种具有重要工业用途的氧化物，它具有离子交换和分子吸附性能，可作为离子筛、分子筛和催化剂，同时它又具有优越的电化学和磁学性能，可用作锂离子电池的正极材料和新型磁性材料。二氧化锰是由基本结构单元[MnO₆]八面体通过共棱或共角的方式形成的隧道状或层状二氧化锰结晶化合物，由于构成方式的不同，导致二氧化锰具有多种晶型。水钠锰矿型二氧化锰晶体是层状二氧化锰晶体族中的一种，它是由基本结构单元[MnO₆]八面体通过共享边的方式而形成的，锰氧层间存在一个水分子层，自由分散于水分子间的阳离子(Na⁺或K⁺)平衡二氧化锰层所带的负电荷。水钠锰矿型二氧化锰由于其良好的离子交换、催化和电化学性质，在离子交换、吸附、催化和电化学等领域有广阔的应用前景。二氧化锰的性质在很大程度上依赖于其形貌、晶体结构等，因此，合成不同形貌的二氧化锰具有重要意义。近年来，制备不同形貌二氧化锰的研究引起了材料研究者的极大兴趣。目前，已有大量关于合成不同形貌二氧化锰的报道，例如一维、二维纳米结构的二氧化锰：纳米线(G.H.Yue，P.X.Yan，D.Yan，et al.，Journal of Crystal Growth，2006，294，385.)、纳米棒(Nian Tang，Xike Tian，Chao Yang，et al.，Journal of Physics and Chemistry of Solids，2010，71，258.)、纳米管(J.Luo，H.T.Zhu，H.M.Fan，et al.，Physical Chemistry C，2008，112，12594.)、纳米带(Zhaoping Liu，Renzhi Ma，Yasuo Ebina，et al.，Chem.Mater.，2007，19，6504.)、

纳米片(Zhanping Feng，Gaoren Li，Jinhui Zhong，et al.，Electrochemistry Communications，2009，11，1706.)等，以及规则排列的具有特殊性质的三维结构(D.Yan，P.X.Yan，G.H.Yue，et al.，Chemical Physics Letters，2007，440，134.)等。但多数合成过程都需要有机溶剂、表面活性剂、模板或在高温高压下进行，使得样品后处理困难，从而导致生产成本高，对实验设备要求高，对环境也有一定程度的影响。因此，寻找一种成本低廉、操作简单、处理方便、反应条件温和、对环境友好的合成特殊形貌二氧化锰的方法具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种脑珊瑚状水钠锰矿型二氧化锰的制备方法，其工艺简单易行、反应条件温和，且对环境没有污染，有利于大规模生产。

本发明的技术方案是这样的：本发明以廉价的高锰酸钾和硫酸锰为反应物，不需要有机溶剂、表面活性剂和模板，也不需要进行水热处理，在水溶液中发生氧化还原反应，通过控制反应体系的pH值，便可以得到脑珊瑚状水钠锰矿型MnO₂。

具体的，本发明的脑珊瑚状水钠锰矿型二氧化锰的制备方法包括以下步骤：

(1)在室温下配制浓度为0.005～0.1mol/L的KMnO₄溶液和0.0075～0.15mol/L的MnSO₄溶液，备用；

(2)取等体积的步骤(1)配制的KMnO₄溶液和MnSO₄溶液，并用酸分别将两溶液的pH值调为0～2的某个相同的数值，然后在KMnO₄溶液中加入KOH或NaOH的水溶液，KOH或NaOH的加入量为KMnO₄物质的量的2倍(此量的KOH或NaOH恰好能与反应过程中生成的H⁺完全中和)，然后在室温、搅拌条件下，将上述得到的KMnO₄溶液缓慢滴加到MnSO₄溶液中，滴加过程中保持反应体系的pH值不变，得到黑褐色固体沉淀物；

(3)将步骤(2)得到的黑褐色固体沉淀物离心分离，用蒸馏水洗涤数次；

(4)将步骤(3)得到的产物在60～120℃干燥过夜，得到脑珊瑚状水钠锰矿型二氧化锰。

本发明中，步骤(2)，在KMnO₄溶液中还可以加入KOH与NaOH混合物的水溶液。