[發(fā)明專利]一種微波回流法制備納米二氧化錳的方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110426513.5
• 申請(qǐng)日: 2011-12-18
• 公開（公告）號(hào): CN102502853A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張熊;馬衍偉;孫現(xiàn)眾
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院電工研究所
• 主分類號(hào): C01G45/02
• 分類號(hào): C01G45/02;B82Y40/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 關(guān)玲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種納米二氧化錳的制備方法，特別涉及一種采用微波加熱回流制備不同晶型和形貌納米二氧化錳的方法。

背景技術(shù)

二氧化錳由于具有豐富而獨(dú)特的物理和化學(xué)特性，被廣泛應(yīng)用于離子篩、分子篩、生物傳感器、催化、磁性材料以及能源存儲(chǔ)等領(lǐng)域。由于其對(duì)環(huán)境友好，制備工藝簡(jiǎn)單，原料廉價(jià)易得，近年來被用作鋰離子電池、超級(jí)電容器的電極材料。二氧化錳是一種晶格結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的氧化物，有α，β，γ，δ等多種晶型。不同晶型二氧化錳具有相同的結(jié)構(gòu)單元：[MnO₆]八面體。這些[MnO₆]八面體之間通過共棱或共角的方式形成隧道狀或?qū)訝疃趸i結(jié)晶化合物。一般認(rèn)為物質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)對(duì)其性能有很大的影響，因此合成不同晶型以及不同形貌的二氧化錳納米材料很有意義。目前，合成二氧化錳納米材料的方法主要包括：溶膠-凝膠法、回流法、水熱法、熱分解法和固相法等。縱觀合成二氧化錳納米材料的各種方法中，液相合成是研究比較多并且能夠有效控制二氧化錳晶型和形貌的一種手段。Villegas等人(Chem.Mater.，2005，17，1910)采用回流法制備出α-MnO₂納米棒，并研究其催化性能。Yu等人(Cryst.Growth?Des.，2009，9，528)采用水熱法制備出海膽狀α-MnO₂微米空心球和納米團(tuán)簇、ε-MnO₂納米球，并研究其作為超級(jí)電容器電極材料的電化學(xué)性能。Zeng等人(J.Mater.Chem.，2010，20，10915.)采用水熱法制備出海膽狀γ-MnO₂微米球，并研究其作為鋰離子電池電極材料的電化學(xué)性能。但是，上述各種方法都采用傳統(tǒng)的熱傳導(dǎo)加熱方式，反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)(6～24小時(shí))、能耗高、形貌不易控制，因此探索出一種簡(jiǎn)單且快速合成納米二氧化錳的方法很有必要。

微波加熱不同于傳統(tǒng)的加熱方式，當(dāng)微波透入介質(zhì)時(shí)，由于介質(zhì)損耗引起的介質(zhì)溫度的升高，使介質(zhì)材料內(nèi)部、外部幾乎同時(shí)加熱升溫，形成體熱源狀態(tài)，大大縮短了常規(guī)加熱中的熱傳導(dǎo)時(shí)間，體系受熱均勻，無滯后效應(yīng)。目前采用微波法制備納米二氧化錳的報(bào)道較少。中國(guó)發(fā)明專利200910019398.2以高錳酸鉀和鹽酸為原料，采用微波水熱法，反應(yīng)溫度105～145℃，反應(yīng)時(shí)間為0.5～2小時(shí)，分別制備出花瓣形貌的δ-MnO₂納米材料和α-MnO₂納米管。中國(guó)發(fā)明專利201010221314.6以溴酸鉀與硫酸錳為原料，采用微波水熱法，反應(yīng)溫度70～100℃，反應(yīng)時(shí)間0.5～10小時(shí)，制備出γ-MnO₂微米球。但是，都需采用密封的反應(yīng)容器，操作比較復(fù)雜，成本較高，難以規(guī)模化制備。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提出一種采用微波回流法快速制備不同晶型和形貌納米二氧化錳的方法。該方法具有工藝簡(jiǎn)單、反應(yīng)時(shí)間短(5min)，成本低、產(chǎn)品質(zhì)量可控的優(yōu)點(diǎn)，易于工業(yè)化生產(chǎn)。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的：

一種采用微波回流法快速制備不同晶型和形貌納米二氧化錳的方法，制備工藝步驟如下：

(1)按化學(xué)計(jì)量比1∶1分別稱量可溶性的二價(jià)錳鹽和可溶性的過硫酸鹽，并在所述的二價(jià)錳鹽和過硫酸鹽中加入去離子水充分溶解，上述二價(jià)錳鹽溶液中二價(jià)錳離子的濃度為0.01～0.1mol/L，然后將上述反應(yīng)中間體二價(jià)錳鹽溶液轉(zhuǎn)移到三口燒瓶中。

(2)將三口燒瓶置于微波爐中，微波頻率為2.45GHz，在三口燒瓶上外接冷凝回流的裝置，防止反應(yīng)溶劑蒸發(fā)。微波功率為100～850W，反應(yīng)溫度為90～100℃，反應(yīng)時(shí)間為5～30min，反應(yīng)過程中采用磁力攪拌器攪拌。反應(yīng)結(jié)束后對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行分離、洗滌和干燥，即得到γ-MnO₂納米材料。

一種采用微波回流法快速制備不同晶型和形貌納米二氧化錳的方法，制備工藝步驟如下：

(1)按化學(xué)計(jì)量比1∶1分別稱量可溶性的二價(jià)錳鹽和可溶性的過硫酸鹽，并在所述的二價(jià)錳鹽和過硫酸鹽中加入去離子水充分溶解，上述二價(jià)錳鹽溶液中二價(jià)錳離子的濃度為0.01～0.1mol/L；再量取質(zhì)量分?jǐn)?shù)95～98％的濃硫酸1～5mL加入到所述的二價(jià)錳鹽溶液中，然后將上述反應(yīng)中間體二價(jià)錳鹽溶液轉(zhuǎn)移到三口燒瓶中。