[發明專利]一種單層二氧化錳納米片的制備方法

無效

• 申請號: 200910099471.1
• 申請日: 2009-06-08
• 公開（公告）號: CN101585555A
• 公開（公告）日: 2009-11-25
• 發明（設計）人: 鄭華均
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: C01G45/02
• 分類號: C01G45/02;H01G9/042
• 代理公司: 杭州天正專利事務所有限公司
• 代理人: 黃美娟;王 兵

一、技術領域

本發明涉及一種用于超級電容器電極、電致變色材料和有機電合成電極，具有納米結構過渡金屬氧化物的制備方法，具體涉及一種單層二氧化錳納米片的制備方法。

二、背景技術

二氧化錳作為過渡金屬氧化物，存在可變的氧化價態，因而具有較好電化學性能，可廣泛應用于電池、超級電容器，電致變色、有機電化學合成等領域。如二氧化錳具有較好的法拉弟電容性，可以替代價格昂貴的氧化釕用于電化學超級電容器的電極材料。有研究表明，如果每一個錳原子都儲存或放出一個電子的話，其電容值可以達到1370F/g。但實際的電容值遠低于這個理論值，這主要由于二氧化錳具有結構致密的特性引起的。致密的結構使得電解液很難滲透到材料的內層，這樣不能有效地利用二氧化錳的所有原子。解決這一問題的方法是制備出單層的二氧化錳納米片，使二氧化錳的每一個原子都暴露在電解液中，從而提高材料的電化學性能。

目前二氧化錳納米材料一般采用溶膠-凝膠法、電沉積法制備，能夠得到各種各樣的不同納米結構的二氧化錳，如納米棒、納米花等，但制備的材料一般是多層的，或者容易團聚。目前尚未有制備得到單層二氧化錳納米片的報道。

三、發明內容

本發明要解決的技術問題在于提供一種單層二氧化錳納米片的制備方法，該單層二氧化錳納米片具有優異性能，可廣泛應用于電池、電化學電容器，電致變色和有機電化學合成領域。

為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：

一種單層二氧化錳納米片的制備方法，包括如下步驟：

(1)將硝酸錳在氧化劑存在下與氫氧化鈉或氫氧化鉀反應生成具有有序層狀結構的Na_xMnO₂或K_xMnO₂；

(2)將具有有序層狀結構的Na_xMnO₂或K_xMnO₂加入氫氧化鈉水溶液中，通過水熱合成方法得到OH_xMnO₂，所得OH_xMnO₂經充分酸洗得到層狀H_xMnO₂；

(3)采用四丁基氫氧化銨或四甲基氫氧化銨與層狀H_xMnO₂反應，通過四丁基氫氧化銨或四甲基氫氧化銨插入層狀的H_xMnO₂內部，使層狀H_xMnO₂分散為單層二氧化錳納米片。

下面對上述方案進行具體說明。

本發明步驟(1)所述的氧化劑優選為雙氧水或高錳酸鉀，更優選雙氧水。所述的硝酸錳與氧化劑的投料摩爾比為10～100∶1。

步驟(1)中所述的硝酸錳與氫氧化鈉或氫氧化鉀的投料摩爾比為1∶1.0～5.0；本發明步驟(1)所述的堿優選氫氧化鈉，最優選硝酸錳與氫氧化鈉摩爾比1∶4.0。

本發明推薦步驟(1)所述反應在水溶劑中進行，具體按照如下進行：將含有氧化劑的氫氧化鈉水溶液加入到硝酸錳水溶液中，充分攪拌后靜置4～10小時，過濾、洗滌得到具有有序層狀結構的Na_xMnO₂或K_xMnO₂。該反應在室溫進行。

在上述推薦方案中，先配制得到含有氧化劑的氫氧化鈉或氫氧化鉀水溶液和硝酸錳水溶液，含有氧化劑的氫氧化鈉或氫氧化鉀水溶液中氫氧化鈉或氫氧化鉀的濃度推薦為0.5～1mol/L，最優選0.6mol/L。硝酸錳水溶液的濃度推薦為0.2～0.5mol/L，最優選0.3mol/L。硝酸錳、氧化劑、氫氧化鈉(氫氧化鉀)的投料滿足前述摩爾比。本發明優選在原料充分攪拌后靜置5小時。