[发明专利]纳米磷酸锰的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米磷酸锰的制备方法，属于材料技术领域。

技术背景

近几十年，纳米材料引起了人们很大的关注，它在存储设备、光电子学、电子学等方面起到了重要的作用。近来，金属磷酸盐的制备广受关注.因为磷酸盐结构的多样性，不仅可以做吸附剂、催化剂、催化剂载体、离子交换剂，而且在耐热、耐摩擦等方面有潜在的应用前景，还被广泛应用于非线性的光学材料、传感器、分子识别和磁材料等方面。多种磷酸盐如GePO₄、NiPO₄、BiPO₄、CoPO₄、MoPO₄等已经被相关文献报道。

锰元素的化合价比较多，Mn³⁺或Mn⁺都被广泛应用于电池和催化过程中。目前，有关三价磷酸锰的化合物如MnPO₄·0.962D₂O·0.038H₂O，H₂MnP₃O₁₀·2H₂O，MnP₃O₉，MnPO₄·H₂O，NH₄Mn₂O(PO₄)(HPO₄)·H₂O和MnHP₂O₇等已被制备和表征。但是在研究磷酸锰的制备过程中，发现通常用水热方法、高温方法或者自然条件下合成磷酸锰和水合磷酸锰。水热反应可以降低体系黏度，加剧扩散过程，但是在溶液中低浓度的Mn³⁺和Mn⁴⁺在合成高质量磷酸锰晶体上存在困难；高温合成方法又会使Mn³⁺或Mn⁴⁺很容易被还原为Mn²⁺；自然条件下合成的磷酸锰的纯度比较低。本发明在常压下，以常见的高锰酸钾、磷酸、草酸等通过氧化还原方法合成磷酸锰。该发明反应条件温和，工艺简单，能耗低污染少，所得纳米磷酸锰纯度高，分散性好，粒径分布较均匀。

发明内容

本发明的特点在于高锰酸钾和磷酸作为原料，在强酸条件下用草酸还原；产品的分散性好、纯度高；产品呈棒状或颗粒状。

本发明所述的纳米磷酸锰制备方法，关键之一在于：高锰酸钾还原过程的酸度控制，解决的办法是强酸条件下将高锰酸钾滴加到磷酸、草酸、硫酸的混合溶液中，同时保持反应过程溶液为酸性；关键之二在于：控制滴加过程水浴温度，低于40℃得到纯度高的磷酸锰纳米颗粒，高于60℃得到纯度高的磷酸锰纳米棒。

本发明的技术方案是：在水浴下，将高锰酸钾滴到磷酸、草酸、硫酸的混合溶液中，滴加完毕，恒温静置24小时以上，离心并用水洗涤3次，80℃干燥可得到磷酸锰的纳米棒或纳米颗粒。反应方程为：

2MnO₄^-+5C₂O₄^2-+16H⁺→2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O

MnO₄^-+4Mn²⁺+5PO₄^3-+8H⁺→5MnPO₄+4H₂O

本发明中用硫酸调节混合溶液H⁺浓度为0.4～3mol/L。

本发明高锰酸钾的浓度在0.05～0.25mol/L，草酸根离子浓度在0.1～0.5mol/L，反应过程必须保证高锰酸钾和草酸按计量比1∶2反应。

本发明滴加温度为10～100℃，恒温静置温度为100～200℃。

附图说明

图1为实施例一制备的磷酸锰纳米棒的X光衍射谱(XRD)。

图2为实施例一制备的磷酸锰纳米棒的透射电镜(TEM)照片。

图3为实施例二制备的磷酸锰纳米颗粒的XRD谱图。

图4为实施例二制备的磷酸锰纳米颗粒的TEM照片。

具体实施方式

实施例1