[發明專利]一種低溫制備二氧化錳納米棒的方法

無效

• 申請號: 201110021914.2
• 申請日: 2011-01-18
• 公開（公告）號: CN102070196A
• 公開（公告）日: 2011-05-25
• 發明（設計）人: 李培剛;雷鳴;王順利;朱暉文;沈靜琴;唐為華
• 申請（專利權）人: 浙江理工大學
• 主分類號: C01G45/02
• 分類號: C01G45/02;B82Y40/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及無機材料的制備方法，具體是指一種二氧化錳(MnO₂)納米棒的制備方法。

背景技術

眾所周知，二氧化錳(MnO₂)是一種常溫下非常穩定的兩性氧化物。二氧化錳大量用于煉鋼，并用于制玻璃，陶瓷，搪瓷以及干電池。近年來，研究發現二氧化錳具有極好的催化和電化學特性。現在二氧化錳廣泛用于有毒有機物催化和電容器制造工業。由于二氧化錳納米棒具有更高的比表面積，更多的通道，在其應用領域具有更好的性能。迄今用于制備MnO₂納米棒的方法主要有熱分解法，氣/固反應法，溶膠凝膠法，水熱合成法和電化學法。這些方法需要較高的溫度，且成本高，工藝復雜。

發明內容

本發明的目的是提供一種工藝簡單，反應溫度低的制備二氧化錳納米棒的方法。本發明的制備二氧化錳納米棒的方法，采用恒溫水浴加熱法，步驟如下：

(1)先將四水氯化錳和高錳酸鉀混合均勻，其中四水氯化錳與摩爾高錳酸鉀的摩爾比為2～4∶1，再溶解到蒸餾水中，直至完全溶解；在此將混合物溶于蒸餾水中為一般溶解即可，

(2)再在持續攪拌的情況下，加入濃度為1M(mol/L)的HCl溶液進行反應，加入HCl溶液的量與四水氯化錳和高錳酸鉀混合物的摩爾數比為1～2∶1；

(3)最后將混合反應溶液放置于50～90℃的恒溫水浴箱中，保溫24小時以上，再冷卻至室溫得沉淀物；

(4)用去離子水多次離心清洗沉淀物至pH值為中性，室溫干燥，得到高純的二氧化錳納米棒。

作為優選，上述制備二氧化錳納米棒的方法中恒溫水浴箱的溫度為60～80℃。

作為優選，上述制備二氧化錳納米棒的方法中反應物在水中溶解之前用球磨機將反應物混合均勻。

例如：先將一定的四水氯化錳(MnCl₂·4H₂O)和一定的高錳酸鉀(KMnO₄)混合均勻后，再溶解到200毫升的蒸餾水中。MnCl₂·4H₂O與KMnO₄的摩爾比為按上述比例配制。在溶解過程中需要持續攪拌來加速反應物的溶解速度。反應物在水中完全溶解后，再在持續攪拌的情況下，緩慢加入100毫升濃度為1M(mol/L)的HCl溶液來加速反應物的反應速度。最后將混合溶液放置于50～90℃的恒溫水浴箱中，保溫至少24小時后，冷卻至室溫。用去離子水多次離心清洗沉淀物至pH值為中性，室溫干燥，得到高純的二氧化錳納米棒。

有益效果：本發明制備過程中，所用試劑均為商業產品，無需繁瑣制備，工藝簡單易操作，成本低，制得的產物純度高，可大批量生產。

附圖說明

圖1是用本發明方法制得的二氧化錳納米棒的X射線衍射(XRD)譜圖；

圖2是用本發明方法制得的二氧化錳納米棒電鏡能譜(EDX)譜圖；

圖3是用本發明方法制得的二氧化錳納米棒的透射電鏡(TEM)照片；

圖4是用本發明方法制得的二氧化錳納米棒的高分辨透射電鏡(HRTEM)照片

具體實施方式

以下結合實例進一步說明本發明。

實施例1

將0.06摩爾四水氯化錳(MnCl₂·4H₂O)，0.03摩爾高錳酸鉀(KMnO₄)混合均勻后，再溶解到200毫升的蒸餾水中。在溶解過程中需要持續攪拌來加速反應物的溶解速度。反應物在水中完全溶解后，再在持續攪拌的情況下，緩慢加入100毫升濃度為1M的HCl溶液來加速反應物的反應速度。最后將混合溶液放置于60℃的恒溫水浴箱中，保溫36小時后，冷卻至室溫。用去離子水多次離心清洗沉淀物至pH值為中性，室溫干燥，得到黑色粉末狀產物。樣品的XRD衍射譜圖(圖1所示)證實產物為正交晶系的γ-MnO₂，所得的XRD圖譜與參照的MnO₂標準衍射卡片(14-644)相符。圖2的EDX分析表明產物由Mn和O元素組成。其中Mn和O的原子比例為1∶1.96，與標準的MnO₂中的Mn和O的原子比接近。其中C元素來源于做掃描電鏡EDX分析所用的導電碳膠帶，與樣品成分無關。將樣品在透射電鏡下觀察如圖3可以發現樣品由大量納米棒組成。圖4顯示的是單個納米棒的高分辨透射電鏡照片。這個納米棒是直徑約為8納米，長度約為20納米。結合圖1，圖2，圖3和圖4，該產物確定為MnO₂納米棒。

實施例2