[发明专利]一种MnO2

说明书

本发明公开了一种MnO₂纳米笼及其制备方法和用途，该MnO₂纳米笼以二聚体形式存在，其尺寸为100～120nm，其呈现空心立方结构，且具有介孔结构。本发明的MnO₂纳米笼具有独特的纳米笼结构，比MnO₂纳米球更高的容量和能量密度，而且独特的纳米笼结构保证了材料的润湿性，促进了电子的传输，使材料具有优异的电化学性能。

技术领域

本发明涉及一种MnO₂材料，具体涉及一种MnO₂纳米笼及其制备方法和用途。

背景技术

储能不足在我们的日常生活中越来越明显，因此迫切需要开发新的能源储存系统取代石油、天然气和煤等传统燃料。在过去的几十年里，科学家致力于设计和开发各种储能系统，包括锂离子电池、锂硫电池、钠金属电池和超级电容器。在这些系统中，超级电容器最有发展前景，超级电容器同时具有较高的能量密度和功率密度，比传统的锂离子电池更具有优势。

但由于超级电容器电极材料的限制，其电化学性能受到限制。众所周知，电极材料的种类会对超级电容器的电化学性能产生影响。为了解决这些问题，研究人员制备了石墨烯、空心碳球、碳纳米管和碳纳米纤维等电极材料，并将其用于超级电容器，所有这些碳基材料都表现出优越的电化学性能。近年来，金属氧化物电极渐渐地成为超级电容器研究热点。然而，大量的工作都集中在各种材料的设计上，至今无人进行电极材料的形态变化对电化学性能的研究。

发明内容

本发明的目的是提供一种MnO₂纳米笼及其制备方法和用途，该MnO₂纳米笼具有独特的纳米笼结构，比MnO₂纳米球更高的容量和能量密度，而且独特的纳米笼结构保证了材料的润湿性，促进了电子的传输，使材料具有优异的电化学性能。

为了达到上述目的，本发明提供了一种MnO₂纳米笼，该MnO₂纳米笼以二聚体形式存在，其尺寸为100～120nm，其呈现空心立方结构，且具有介孔结构。

优选地，该MnO₂纳米笼的XPS谱图中，在结合能833.1e V和845.6eV 处有两个主峰，分别对应于Mn2p_1/2和Mn2p_3/2；该MnO₂纳米笼对N₂的吸附和解吸具有典型的IV等温线。

优选地，该MnO₂纳米笼作为电极材料时，在0.1A/g电流密度下其初始比容量为278F/g。

优选地，该MnO₂纳米笼的比表面积为86m²/g。

优选地，该MnO₂纳米笼采用Mn(NO₃)₂的乙醇溶液和KMnO₄在密封条件下于120℃加热反应获得。

优选地，所述KMnO₄与Mn(NO₃)₂的质量比为2:1。

本发明还提供了一种所述的MnO₂纳米笼的制备方法，该方法包含：将KMnO₄溶于Mn(NO₃)₂的乙醇溶液中，在密封条件下于120℃加热反应 2.5～3.5h，过滤，沉淀洗涤，干燥，制备出MnO₂纳米笼。

优选地，所述KMnO₄与Mn(NO₃)₂的质量比为2:1。

优选地，所述Mn(NO₃)₂的乙醇溶液中，Mn(NO₃)₂的浓度为0.04～0.05g/L。