[发明专利]一种制备具有多孔纳米或亚微米棒状氧化锰的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多孔纳米棒状氧化锰的制备方法，具体的说涉及采用水热法，以乙二胺或PVP为表面活性剂，葡萄糖或盐酸为添加剂，制备具有棒状形貌的氧化锰，属于功能材料技术领域，在离子交换、分子吸附、催化材料和电化学电容器等方面具有重要用途。

背景技术

近年来，纳米线、纳米棒、纳米管等一维纳米结构已经引起人们广泛关注。由于一维纳米结构材料被广泛应用于导电连接、纳米电子、光电材料和功能感应原件(G.Fasol，et al.，Science，1998，280：545-546)等领域。迄今为止，已有大量文献报道许多纳米线和纳米棒无机材料(如氧化物、硫化物、氮化物等)的合成和表征(Y.N.Xia，et al.，Adv.Mater.，2003，15：353-389)。

由于锰氧化物具有新奇的物理和化学性质，因此成为一种重要的功能材料，常被应用于离子交换、分子吸附、催化材料和电化学电容器等领域(A.E.Fischer，et al.，Nano Lett.，2007，7：281-286)。到目前为止，人们已合成出各种形貌的氧化锰，例如：氧化锰纳米粒子(T.X.T.Sayle，et al.，J.Am.Chem.Soc.，2005，127：12828-12837)，氧化锰纳米棒、纳米带、纳米线、纳米管和纳米层(Y.Omomo，etal.，J.Am.Chem.Soc.，2003，125：3568-3575)，介孔氧化锰分子筛和树杈状氧化锰，海胆状、兰花状和其它层状结构的氧化锰(B.X.Li，et al.，Inorg.Chem.，2006，45：6404-6410)。

通常情况下，晶体的形貌取决于其生长的环境，一般通过采用改变无机离子、表面活性剂、有机小分子以及溶剂等来改变晶体生长的环境。Gao等(Y.Q.Gao，Z.H.Wang，J.X.Wan，et al.，J.Cryst.Growth，2005，279：415-419)采用无表面活性剂的水热法制备出二氧化锰纳米线。Zheng等(D.S.Zheng，et al.，J.Phys.Chem.B，2005，109：16439-16443)采用以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为表面活性剂的水热法制备了二氧化锰纳米管。Zhang等(Y.G.Zhang，et al.，Solid State Sci.，2009，11：1265-1269)采用水热法在加入Cu²⁺和HCl的条件下制备了中空八面体状二氧化锰。迄今为止，有关多孔纳米棒状氧化锰的制备方面的背景技术尚无文献报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种表面活性剂辅助的水热新方法制备具有多孔纳棒状氧化锰的方法，具体采用乙二胺或PVP为表面活性剂制备出具有多孔纳米棒状或亚微米棒状的氧化锰的方法。。

具体地采用KMnO₄和(或)MnSO₄·H₂O为锰源，乙二胺、葡萄糖或聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为添加剂，制备出具有多孔纳米棒状氧化锰。步骤主要包括：按一定摩尔比将KMnO₄与MnSO₄·H₂O或KMnO₄与盐酸溶解在一定体积的去离子水中，形成均一溶液后，再分别按照相应的摩尔比加入乙二胺、葡萄糖或PVP，然后用去离子水将溶液定容并转移至自压釜，使内衬填充率为80％，于一定的温度下晶化相应时间后自然冷却至室温，将所得物质抽滤后于60℃干燥12h后充分研磨，在空气气氛中以1℃/min升温速率从室温升至400℃并恒温相应时间，即分别得到得到多孔纳米棒状或亚微米棒状氧化锰。

一种具有多孔纳米棒状氧化锰的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

在磁力搅拌条件下，将葡萄糖加到含有摩尔比为8∶3的KMnO₄和MnSO₄的透明水溶液中，葡萄糖和KMnO₄的摩尔比为11∶5，然后加入乙二胺，乙二胺与KMnO₄的摩尔比为1.87∶1，搅拌均匀后定容，使KMnO₄的浓度为0.1mol/L，最后将之转移至内衬为聚四氟乙烯的100mL不锈钢反应釜中，体积填充度80％，再放入恒温烘箱里于160℃恒温12h，之后在常温下冷却，将得到的浑浊液过滤、固体洗涤、60℃干燥12h、研磨后，再在空气气氛中以1℃/min的升温速率升至400℃并在此温度下保持6h，得到多孔纳米棒状氧化锰。