[发明专利]大比表面积层状氧化锰花球的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及到大比表面积层状氧化锰花球材料。

背景技术

氧化锰作为一种重要的无机功能材料，其特殊的物理和化学性质使得此类材料 在催化、离子交换、选择性吸附、生物传感器、锂离子二次电池和超级电容器等领 域显示了广阔的应用前景。水钠锰矿型层状氧化锰是氧化锰晶体族中的典型代表之 一，是由锰氧八面体共边而形成的。由于在氧化锰纳米层板上，部分三价锰取代了 四价锰原子的位置，使得氧化锰纳米层板带负电性，Na⁺或K⁺等阳离子存在于氧化 锰纳米层板间以平衡电性，形成层间距约为0.7nm的层状氧化锰。

研究结果表明，层状氧化锰材料的性质与其制备方法、结构和形貌有很大的关 系。近些年来，通过控制层状氧化锰的形貌以达到改善其性质的研究工作得到了高 度关注。通常，水钠锰矿型层状氧化锰材料的主要制备方法有水热法、熔融盐法、 溶胶-凝胶法和电化学沉积法等。在这些众多的制备方法中，液相合成法虽然具有反 应物混合均匀等优势，但是大多数情况下由于需要采用表面活性剂或高分子材料等 作为结构导向剂，使得液相合成法的制备不仅过程复杂，而且使得制备体系中引入 了杂质，在一定程度上掩盖了制备材料生长的本质和性能。纳米片、纳米带、纳米 线和纳米束等不同形貌的水钠锰矿型氧化锰材料已经成功制备，但所制备材料的比 表面积均较小，一般为20～30m²·g^-1，最大不超过150m²·g^-1，这给制备材料的 应用带来了很大的局限性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种操作简单、生产成本低、粒径大小分 布均匀和形貌规则的大比表面积层状氧化锰花球的制备方法。

解决上述技术问题所采用的方案是：将高锰酸钾与硫酸铵、去离子水按摩尔比 为1∶0.25～1∶123～222加入到水热反应釜中，混合均匀，将水热反应釜置于均 相反应器中，90～110℃恒温水热反应18～36小时，自然冷却至室温，用去离子水 洗涤至滤液为中性，固体置于烘箱中50℃干燥12小时，制备成大比表面积层状氧 化锰花球。

本发明优选高锰酸钾与硫酸铵、去离子水的摩尔比为1∶0.25～1∶123～185。

本发明高锰酸钾与硫酸铵、去离子水的最佳摩尔比为1∶0.5∶185。

本发明优选90～100℃恒温水热反应24～36小时。

本发明最佳在90℃恒温水热反应24小时。

本发明采用水热法使高锰酸钾与硫酸铵反应，制备成层状氧化锰。所得产物采 用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、热分析仪、物理吸附仪和电 化学工作站表征，结果表明产物为δ型层状氧化锰花球，层状氧化锰花球由形貌规 则、粒径大小分布均匀的氧化锰纳米片组装而成，其比表面积为280m²·g^-1。本发 明反应条件温和、工艺简单、成本低、未添加有机溶剂和表面活性剂，可作为超级 电容器的电极材料。

附图说明

图1是实施例1制备的大比表面积层状氧化锰花球的X射线衍射图。

图2是实施例1制备的大比表面积层状氧化锰花球的扫描电镜照片。

图3是实施例1制备的大比表面积层状氧化锰花球的透射电镜照片。

图4是实施例1制备的大比表面积层状氧化锰花球的热重图。

图5是实施例1制备的大比表面积层状氧化锰花球低温N₂吸附-脱附等温线图。

图6是实施例1制备的大比表面积层状氧化锰花球的循环伏安曲线图。

图7是高锰酸钾与硫酸铵、去离子水的摩尔比为1∶0.5∶222制备的层状氧化 锰的扫描电镜照片。

图8是高锰酸钾与硫酸铵、去离子水的摩尔比为1∶0.5∶159制备的层状氧化 锰的扫描电镜照片。

图9是高锰酸钾与硫酸铵、去离子水的摩尔比为1∶0.5∶139制备的层状氧化 锰的扫描电镜照片。

图10是高锰酸钾与硫酸铵、去离子水的摩尔比为1∶0.5∶123制备的层状氧 化锰的扫描电镜照片。

图11是高锰酸钾与硫酸铵、去离子水的摩尔比为1∶0.25∶185制备的层状氧 化锰的扫描电镜照片。