[发明专利]一种多壁纳米管二氧化锰颗粒的制备方法

说明书

本发明的一种多壁纳米管二氧化锰颗粒的制备方法，属于纳米材料制备的技术领域，该方法以空心纳米管二氧化锰为前驱体，将其分散在原反应溶液中，并加入钛酸四丁酯水浴，所得产物在加入吡咯的条件下进行冰浴，通过钛酸四丁酯水解与吡咯聚合得到与二氧化锰纳米管共形同轴的多壁纳米管结构颗粒；且二氧化锰的形貌可以通过调节实验温度来改变。本发明与传统模板或酸刻蚀等方法相比，具有成本低、操作简单、环境友好、低碳高效等优点，且制备的多壁纳米管二氧化锰颗粒具有良好单分散性和结晶性，较大比表面积，表面化学活性高，展示出较好的电化学性能和气敏特性，在锂电池负极和气敏传感器等领域具有潜在应用价值。

技术领域

本发明属于纳米材料制备的技术领域，具体涉及一种多壁纳米管二氧化锰颗粒的制备方法，该类空心结构在锂电池和气敏传感器领域中表现出良好的电化学和气敏性能。

背景技术

近几年，空心结构颗粒引起人们极大的兴趣，由于其具有内部空间、低密度、大比表面积、较强稳定性和表面渗透性等特点，在催化、光电传感器、药物传输载体、光子晶体、能量存储器件和纳米化学反应等方面有着重要的应用前景。现今，制备有良好空心结构的最优途径包括在可移除模板上包覆所需材料,，或依不同原理(化学置换法、柯肯达尔效应、酸碱刻蚀等)经预成形颗粒转化生成。尽管已有很多成功制备出空心结构的显著实例，如Cu₇S₄、Fe₂O₃、NiO、ZnO空心结构颗粒，但空心过程通常复杂，需经多个步骤。只有基于奥斯瓦尔德熟化和软模板等很少的一些方法才可简单制备没有预备硬模板的空心结构，但结果通常都是空心球形结构居多。基于这方面考虑，探索新的可行的方法，较简单的制备出非球形的分等级空心结构仍有很高的学术意义和应用价值。

氧化亚铜是一种重要的半导体无机材料，由于其独特的物理和化学性质，在气敏传感器、光催化、染料敏化太阳能电池、锂离子电池和透明电极等领域具有广泛的应用。例如二氧化锰可被用作光催化剂，通过光催化水反应实现太阳能转化为氢能，为解决能源短缺问题提供了一种途径；二氧化锰纳米材料具有良好的电化学性能，是一种潜在的超级电容器电极材料和锂离子电池负极材料；利用二氧化锰在气敏领域的应用，可快速有效的对有毒有害气体、易燃易爆气体、以及大气污染物进行监控和检测，服务于人类生活。由于特殊的分等级结构具有比表面积大、活性位置多等优点使其在多种领域展示出潜在的应用价值。人们已投入大量精力发展制备分等级结构二氧化锰的方法，例如，水热法、模板合成、微乳液法和酸刻蚀等。Sourav Bag等人以KMnO₄为原料，以锌粉为模板合成了分等级介孔球形二氧化锰(Sourav Bag and C.Retna Raj,J.Mater.Chem.A,2016,4,587–595)；Mao等人以碳纳米管和MnSO₄为原料，采用原位包覆方法制备出MnO₂@CNT微球(Wenfeng Mao,Guo Ai,Yiling Dai,Yanbao Fu,Ye Ma,Shouwen Shi,Ryan Soe,Xinhe Zhang,Deyang Qu,ZhiyuanTang,Vincent S.Battaglia,Journal of Power Sources 310(2016)54-60)；Huang等人以KMnO4和NH₄HCO₃为原料，以PVP作为辅助表面活性剂，制备出介孔微球MnO₂/C(ShaozhuanHuang,Yi Cai,Jun Jin,Jing Liu,Yu Li,Hongen Wang,Lihua Chen,Tawfique Hasan andBaolian Su,J.Mater.Chem.A,2016,4,4264–4272)。然而以上合成方法都未能制备出分等级的非球形空心纳米结构二氧化锰纳米颗粒，且这些制备过程存在花费较高、操作繁琐、产生环境污染等缺点。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服背景技术存在的缺点，提供一种操作简单、绿色环保、生产成本低的一种多壁纳米管二氧化锰颗粒的制备方法。

本发明采取的具体技术方案如下：