[发明专利]一种介孔二氧化锰纳米片的低温制备方法

说明书

本发明公开了一种介孔二氧化锰纳米片的低温制备方法，属于金属氧化物纳米材料的可控制备及其形貌控制技术领域。本发明以锰盐为原料，水和醇为溶剂，长链烷基胺为模板剂，采用低温一步法制备得到介孔二氧化锰纳米片。该制备方法具有设备简单，操作方便，条件温和，成本低廉且工艺易于放大的优点，制备的二氧化锰纳米片质量高，性能好，在超级电容器、锂电池、传感和催化等领域有着重要的应用前景。

技术领域

本发明属于金属氧化物纳米材料的可控制备及其形貌控制技术领域，具体涉及一种介孔二氧化锰纳米片的低温高效制备方法。

背景技术

二氧化锰作为过渡金属氧化物，存在可变的氧化价态，具有资源丰富、价格低廉、环境友好、工作电压窗口较宽、电化学性能优异等特点，是一种重要的电极活性材料和氧化还原反应的催化剂、氧化剂，近年来受到了广泛关注。研究表明，二氧化锰的理论电容高达1370F/g，但因其致密的结构使电解液很难渗透进材料的内部，参与氧化还原反应，导致实际电容值远低于理论值，这给实际应用带来了很大的局限性。然而，二氧化锰纳米片具有比表面积大、活性位暴露多等优点，因此成为近年来的研究重点和主要发展方向。

现有制备二氧化锰纳米片的方法，如中国专利CN 104310486 A报道了一种一步合成单层二氧化锰纳米片的方法，通过高锰酸盐在酸性烷基硫酸盐表面活性剂水溶液中的一步反应得到单层二氧化锰纳米片。另一中国专利CN 106006746 A报道了一种水热法制备二氧化锰纳米片的方法，以高锰酸钾为原料，乙二醇为还原剂，十二烷基磺酸钠(SDS)为表面活性剂，水热法制备得到二氧化锰纳米片。另外还有文献中所提到的液相剥离法、石墨烯模板法等(Chem.Mater.,2003,15,2873-2878；Chem.Sci.,2012,3,433–437)。

这些合成二氧化锰纳米片的方法，原料用量大，所需温度高，增加了生产成本；有些反应过程中需要加入强酸、强碱，分离过程繁琐；大多需要多步反应，不易操作，不利于产量化生产；得到的产物形貌差，重复性不好。

而且，目前还未见介孔二氧化锰纳米片的制备。

本发明提出新的介孔二氧化锰纳米片的低温高效方法，通过锰盐水溶液和长链烷基胺的醇溶液一步混合，低温反应合成具有良好二维片状形貌，窄孔径分布和优异电化学性能的二氧化锰纳米片。经检索，此制备方法未见报道。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种设备简单，操作方便，条件温和，重复性好，成本低廉且工艺易于放大的介孔二氧化锰纳米片制备方法。

本发明一种介孔二氧化锰纳米片的低温制备方法，通过以下步骤实现：

以锰盐的水溶液和长链烷基胺的醇溶液为原料，混合均匀，常压低温条件下反应若干小时，反应产物经洗涤干燥，得到固体粉末，即为介孔二氧化锰纳米片。

所述步骤中的锰盐为锰酸钠、高锰酸钠、锰酸钾、高锰酸钾、锰酸铵或高锰酸铵中的一种或几种；所述锰盐水溶液的浓度为1-20g/L，优选浓度为3-10g/L。

所述步骤中的长链烷基胺为十胺，十二胺，十六胺或十八胺等中的一种，所述烷基胺的碳链长度为C8-C22；所述烷基胺醇溶液的浓度为1-50g/L，优选浓度为5-20g/L；所述锰盐和长链烷基胺质量比为0.2-1:1，优选质量比为0.3-0.6：1。

所述步骤中的醇为甲醇，乙醇，异丙醇，乙二醇等中的一种或几种。

所述步骤中的混合方式为锰盐的水溶液缓慢滴加到长链烷基胺的醇溶液中，或长链烷基胺的醇溶液缓慢滴加到锰盐的水溶液中；滴加时间为1-60min，优选范围为5-30min。

所述步骤中的反应温度为0-50℃,优选温度10-40℃。

所述步骤中的反应时间为1-36h，优选时间5-20h。