[发明专利]一种钳子状β-MnO2的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于无机化学和材料合成领域，具体涉及一种钳子状β-MnO₂的制备方法。

背景技术

二氧化锰是一种重要的功能材料，具有许多特殊的物理和化学性质，已经被广泛应用于催化、电化学等领域。构筑二氧化锰材料的基本结构单元是锰氧八面体，锰氧八面体之间通过共棱或共角的方式形成隧道状或者层状的二氧化锰。二氧化锰具有多种晶型，如α-MnO₂、γ-MnO₂、β-MnO₂和δ-MnO₂等。由于这些晶型具有不同的孔道尺寸和形貌，导致不同晶型的二氧化锰在物理和化学性能上有着较大的差异。

β-MnO₂具有1维隧道（1×1）的孔道结构，它是众多二氧化锰晶型中热力学最稳定的一种晶型。近年来，研究者们通过不同的合成方法制备了不同形貌的β-MnO₂，并探究了β-MnO₂的物理和化学性质。Zheng等(D. S. Zheng, et al., J. Phys. Chem. B, 2005, 109:16439-16443)以聚乙烯吡咯烷酮（PVP）为表面活性剂，通过水热合成法制备了β-MnO₂的纳米管状结构；Cheng等（F. Y. Cheng, et al., Inorg. Chem., 2006, 45:2038-2044）以Mn(NO₃)₂为反应物，采用水热合成法制备了星形或者雪花状的β-MnO₂，并测试了其电化学性能；Li等(W. N. Li, et al., J. Phys. Chem. B, 2006, 110:3066-3070)用Rb₂CrO₄为氧化剂，通过水热合成法制备了三维纳米花状的β-MnO₂；Zheng等(D. S. Zheng, et al., Cryst Growth Des, 2006, 6:1733-1735)以NaClO₃为氧化剂，聚乙烯吡咯烷酮（PVP）为表面活性剂，通过水热合成得到了多枝状的MnOOH前驱体，再通过高温焙烧得到了多枝状的β-MnO₂纳米结构；Zhou等(J. L. Zhou, et al., Mater Lett, 2012, 79:288-291)以十二烷基苯磺酸钠为模版剂，以δ-MnO₂的纳米薄片为反应物，在酸性条件下通过水热合成法得到了多枝状的前驱体MnOOH，然后通过焙烧MnOOH制备出多枝状的β-MnO₂。

不同形貌的β-MnO₂具有不同的物理或者化学性能，三维结构纳米材料通常比二维或者一维结构的纳米材料具有更多的表面活性位，因此表现出一些优异的性能。目前，采用水热合成一步制备多枝的钳子状β-MnO₂形貌尚未见报道。

发明内容

本发明通过一步水热合成法制备出多枝的钳子状β-MnO₂。 

本发明提供的一种钳子状β-MnO₂的制备方法，其步骤如下：称取固体NaClO₃和MnCl₂，溶于硫酸溶液中，在室温下搅拌至完全溶解，然后将之进行水热反应，待反应完全后，将得到的产物进行洗涤、离心，再将固体产物放置于60℃的烘箱干燥12h，最后得到钳子状的β-MnO₂。

上述的NaClO₃与MnCl₂的摩尔比为1:2~1 。

   上述的硫酸溶液的摩尔浓度为0.3~0.6mol/L。

上述的水热反应温度为180℃，水热反应的时间为8~16h。

本发明的有益效果

与现有的合成技术相比，本发明具有以下显著的特点：本发明采用简单的水热合成法，制备了多枝的钳子状β-MnO₂，此方法无需高温焙烧，产率高，重复性好，得到的材料可以用作超级电容器的正极材料，锂离子电池的正极材料或者催化剂等。

附图说明

图1实施例2制备的钳子状β-MnO₂的XRD谱图。

图2实施例4制备的钳子状β-MnO₂的扫描电镜图。

图3实施例4制备的钳子状β-MnO₂的透射电镜图。