[发明专利]一种银离子预嵌入锰氧基纳米线及其制备方法、应用

说明书

本发明属于纳米材料制备领域，涉及一种银离子预嵌入锰氧基纳米线及其制备方法、应用。首先是制备出合适的二氧化锰材料作为前驱体，我们选用硫酸锰和高锰酸钾为原料，采用沉淀法合成制备出二氧化锰纳米棒状材料作为后续水热反应的前驱体。采用水热合成法来进行银离子预嵌入锰氧基材料的合成制备，水热合成法具有操作简单、反应条件可控、所得纳米材料粒径均匀等优势，通过合理控制反应时间与反应温度进行形貌调控，最终获得期望形貌。

技术领域

本发明属于纳米材料制备技术领域，具体涉及一种银离子预嵌入锰氧基纳米线及其制备方法。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

近年来，随着社会对能源需求的不断增大，不可再生能源被逐渐消耗，也由此带来了严重的环境污染问题。因此，需要发展可再生能源和建立稳定高效可持续的清洁能源储存与转化系统来解决上述问题。但是，以风能、太阳能和潮汐能等为代表的可再生能源转化效率低且受地域时间等的限制，难以快速取代化石能源。因此，亟需研究和开发稳定高效的能源储存系统以满足市场需求。在目前的市场中，锂离子电池能量密度高，超级电容器功率密度高、循环寿命长，它们凭借各自独特的优势在众多储能器件中脱颖而出。但是锂离子电池有限的功率密度和循环寿命以及超级电容器较低的能量密度使得单一器件无法满足市场中某些领域对于储能器件高功率和高能量密度的需求。因此，混合超级电容器应运而生。混合超级电容器是一种新型储能器件，一极采用电池型电极作为能量源，另一极采用电容型电极作为功率源，期望结合两者的优势，同时获得高能量密度与高功率密度。

锰氧基材料作为一种备受研究者关注的电极材料，具有以下诸多优点：(1)锰元素价态丰富，作为一种过渡金属元素，锰具有5个未配对电子，因此它具有最多的氧化态；(2)种类多样，锰氧基材料可以形成各种不同类型的氧化物，如Mn₂O₃、MnO₂、MnO等；(3)理论比容量高，锰氧化物具有较高的理论比容量，约在1100-1300F g^-1之间；(4)储量丰富价格低廉，与价格昂贵的二氧化钌相比，具有较大的成本优势。二氧化锰作为一种典型的具有赝电容储能行为的电极材料，具有丰富的晶体结构，如一维隧道结构、二维层状结构和三维尖晶石结构。但是其储能过程中的电化学反应发生在材料的表面或近表面处，二氧化锰材料有限的比表面积和活性位点限制了其比容量的发挥，进而导致较低的活性材料利用率。因此，如何提高活性物质利用率以及提高其比容量进而提升电容器设备整体的功率密度是锰氧基材料的一个重要研究方向。针对这一关键问题，研究者们进行了大量的研究。

湖北大学万厚钊等人发明了一种金属阳离子插层结构的锰氧化物电极材料，采用的是电化学法，以金属盐水溶液为电解质，浓度为0.1-10mol/L，以负载在集流体上的锰氧化物为工作电极，Ag/AgCl为参比电极，铂片为对电极，在0-1.3V的工作电压下进行了电化学反应，所制备得到的金属阳离子插层结构的锰氧化物用于金属二次离子电池或超级电容器电极材料。

万厚钊等人发明的金属阳离子插层结构的锰氧化物的制备过程采用电化学循环伏安法，该方法需要在三电极体系下完成，在大规模生产应用方面较难实现，难以实现真正的商业化。本发明中并没有提及所得产物的晶体结构信息。

天津大学于一夫等人利用高温煅烧法制备了一种钙锰氧化物材料，先用水热合成法制备二氧化锰管材料，然后将二氧化锰管与硝酸钙混合均匀后再进行高温煅烧，得到尺寸均一的钙锰氧化物颗粒。其中，水热反应温度为130-150℃，时间为10-12小时；高温煅烧温度为800-900℃。

于一夫等人先用水热法制备二氧化锰管材料再进行固相反应得到钙锰氧化物材料，但发明人发现：过程较为繁琐；且高温煅烧所需温度较高，能量消耗大，成本也较高，不符合当前环保绿色生产的要求。

发明内容