[发明专利]一种制备锰氧化物纳米材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备锰氧化物纳米材料的方法。

背景技术

纳米材料是本世纪新材料技术研究的重点领域，对纳米材料在三维尺度进行尺寸、形貌、价态调控是无机化学家最重要的研究课题之一。锰氧化物具有多种可变价态，外层轨道电子能够在表面、界面与其它物质高效交换，并具备界面量子传输和氧化还原电对激发所需的最小尺度特性，因此对于它们的研究逐渐成为最近的焦点。除此之外，由于其独特的电子、磁学、催化性质及其在电子学、电化学、生物化学传感、催化方面等潜在应用而吸引了大量研究者的关注。

近年来，湿化学还原法以其简单温和、便于调控、产物均匀以及有利于大规模制备等优点而被广泛采用于锰氧化物纳米结构材料的制备，并且取得了极大的成功。但是到目前为止，湿化学方法合成的锰氧化物纳米结构材料仅限于四氧化三锰、三氧化二锰等，对水锰石的制备研究相对来说还较为少见。另外，已经报道的溶液方法或者需要使用高温高压反应环境，或者需要借助表面活性剂（如聚乙烯吡咯烷酮）作为结构导向剂，制备过程极为繁琐，一般需要复杂的后续模板移除工序，产率较低。这种实验室的制备方法不利于锰氧化物纳米线的大规模工业化应用。目前，国内外主要使用电解法制备锰氧化物材料，王红太在杂志《山西化工》2006年第26卷第3期《国内四氧化三锰的生产工艺现状及发展方向》上公开了国内外主要采用电解金属锰粉(片)悬浮液氧化法生产锰氧化物，这种方法以其工艺简单、污染小等优点，被大多数生产厂家采用，已成为工业化生产的主流。但其突出的缺点如技术含量低、生产成本高制约了其进一步发展。

2010年3月3日公开号为101659447的中国发明专利申请公开了一步合成锰氧化物纳米粒子的方法,该方法包括以下步骤：按锰盐：表面活性剂：溶剂1-十八烯的配比为(0.5-2)mmol：(2-4)mL：(5-10)mL，选取锰盐、表面活性剂和1-十八烯,备用；将锰盐、表面活性剂和1-十八烯混合,置于三口烧瓶中，采用无水无氧技术除去体系的空气，室温下在氮气保护下搅拌至固体完全溶解；然后加热到280-330℃,至溶液产生混浊后再反应5-60min，冷却至室温；再用正己烷和乙醇的混合液洗涤2-3次后，真空干燥，得到锰氧化物纳米粒子。但该方法也存在工艺要求高，操作较复杂的缺点。

发明内容

本发明的目的在于克服了现有技术制备工艺的上述缺点，提供了一种制备锰氧化物纳米材料的方法，该方法使用简易的工艺条件制备出尺寸均匀、比表面积大的锰氧化物纳米材料，生产条件简单，操作方便，产率高，耗能低，生产成本低，有着较好的应用前景。

 本发明的目的是这样实现的：

本发明制备锰氧化物纳米材料的方法，包括以下步骤：

a.以二价锰盐以及弱碱性盐为原料，乙二醇为溶剂，将二价锰盐和弱碱性盐分别溶解于乙二醇溶剂中，再将所得两种溶液混合并搅拌均匀至形成均一的深红棕色溶液；b.在所得红棕色溶液中加入水并搅拌，出现棕色沉淀物；c.将所得棕色沉淀物分离、干燥即可得到水锰石的超细纳米线；d.制备出的水锰石纳米线在空气条件或氮气条件下，于400℃-1050℃焙烧获得锰氧化物纳米线材料和锰氧化物纳米粒子材料。

所述二价锰盐优选乙酸锰，弱碱性盐优选碳酸氢氨。

作为优选，所述二价锰盐和弱碱性盐摩尔比为1：10-10：1。

作为优选，加入水量与乙二醇溶剂体积比在1：1-1：100。

以所述制备的水锰石纳米线为原料，在空气氛下于400℃-550℃焙烧3小时以上制备出四氧化三锰纳米线材料。

以所述制备的水锰石纳米线为原料，在空气氛下600℃-750℃焙烧3小时以上制备出三氧化二锰纳米线材料。

以所述制备的水锰石纳米线为原料，在空气氛下800℃-1050℃焙烧3小时以上备出四氧化三锰纳米粒子材料。 

以所述制备的水锰石纳米线为原料，在氮气条件下400 ℃到600℃焙烧3小时以上制备出四氧化三锰纳米线材料。

以所述制备的水锰石纳米线为原料，在氮气条件下800℃-1050℃焙烧制3小时以上备出四氧化三锰纳米粒子材料。

本发明的有益效果是：

由于该方法所获得的水锰石为超细纳米线结构，直径小于10nm，长约1μm，所以经焙烧处理后所获得的锰氧化物纳米线或颗粒材料尺寸均一，具有较高的比表面积；由于制备方法简单，条件温和，有利于降低生产成本，且操作方便，产率高，耗能低；由于采用乙二醇作为反应溶剂，水为反应的引发剂，生产过程环保。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：