[發明專利]一種α相二氧化錳納米棒及其制備方法和應用

無效

• 申請號: 201210009082.7
• 申請日: 2012-01-12
• 公開（公告）號: CN102583561A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 宋朝霞;劉偉;趙明
• 申請（專利權）人: 大連民族學院
• 主分類號: C01G45/02
• 分類號: C01G45/02;B82Y40/00;H01G9/042
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 趙淑梅

技術領域

本發明涉及一種α相二氧化錳納米棒及其制備方法和應用，屬于電極材料制備技術領域。

背景技術

二氧化錳具有豐富的資源，是能源和電子等領域中的一種重要原料，廣泛地應用于電池，超級電容器，光催化等領域。特別是二氧化錳的電容行為和二氧化釕等貴金屬相似程度很高，并擁有高達1370F/g的理論容量，因而被認為是理想的超級電容器電極材料，最有希望取代貴金屬氧化物。二氧化錳的這些應用很多是源于它的多種結晶晶型包括α-，β-，δ-，γ-相。另外研究表明，通過利用納米控制技術構筑一維結構(納米線，納米棒，納米帶，納米管)可以顯著的提高二氧化錳的性能。基于以上兩點考慮，生產制造具有固定晶型的一維結構二氧化錳就變得非常必要。目前，一維結構二氧化錳的制備方法主要有模板劑法，水熱合成法，電沉積法。可是采用上述方法制備二氧化錳納米棒的問題是工藝過程復雜，反應條件苛刻，產品收率低，導致產品成本高，不適合規模化生產。

發明內容

本發明的目的是提供一種α相二氧化錳納米棒的制備方法，該制備方法是以高錳酸鉀為氧化劑，以無機錳鹽為還原劑，采用常壓回流反應法，通過控制添加劑的用量及回流時間等反應條件，制備出α相二氧化錳納米棒。利用該方法制備可以制備晶型穩定的α相二氧化錳，且所制備的α相二氧化錳具有高電容器性能。

本發明解決問題的技術方案是：一種α相二氧化錳納米棒的制備方法為常壓回流反應法，其工藝步驟如下：

稱取高錳酸鉀和無機錳鹽，分別溶于去離子水中配制成溶液；在強烈攪拌下向無機錳鹽溶液中緩慢加入高錳酸鉀溶液；稱取添加劑配制成溶液后加入到反應溶液中；加熱反應溶液，沸騰回流2～3小時，冷卻至室溫，過濾，洗滌，干燥即得到α相二氧化錳納米棒。

上述反應過程中，添加劑溶液是將添加劑加入到去離子水中配制成的溶液。

上述反應過程中，無機錳鹽優選為氯化錳或硫酸錳。

上述反應過程中，優選高錳酸鉀與無機錳鹽的摩爾比為2∶3，進一步優選高錳酸鉀溶液濃度為0.04mol/L，無機錳鹽溶液濃度為0.06mol/L。

上述反應過程中，添加劑優選為重鉻酸鉀，進一步優選添加劑的質量為高錳酸鉀質量的5％～15％。

在沒有加入添加劑重鉻酸鉀的反應條件下，獲得片狀γ相二氧化錳。γ相二氧化錳向α相二氧化錳納米棒轉變的過程需要經歷結晶晶型及形貌的改變，添加劑為強氧化劑，能夠提供結晶晶型及形貌轉變所需能量，通過溶解再結晶反應機理，最終得到α相二氧化錳納米棒。

上述反應過程中，添加劑的質量進一步優選為高錳酸鉀質量的10％。添加劑的添加量過高會導致納米棒嚴重聚集，降低反應表面積。添加劑的添加量過低，會導致回流反應時間增加。

本發明的另一目的是提供由上述方法制備的α相二氧化錳納米棒，α相二氧化錳納米棒直徑為50～100nm，長度為0.5～2μm。

本發明的又一目的是提供采用上述方法制備的α相二氧化錳納米棒在制備電極上的應用：

一種電極，其制備方法如下：將α相二氧化錳納米棒、乙炔黑和聚四氟乙烯按質量比7∶2∶1混合，加入丙酮使三者充分混合，制成漿狀，滾壓成薄片并裁取10mg的薄片壓在泡沫鎳上制成電極片，然后在真空干燥箱中110℃下真空干燥12h。

α相二氧化錳納米棒組裝的電極表現出較佳的電化學電容器性能，在1mol/L氫氧化鉀溶液中電流為0.5A/g恒電流充放電時的電容值為170～290F/g。

與現有技術相比較，采用本發明的技術方案所達到的有益效果是：

該制備方法工藝過程簡單，反應條件溫和，常壓下操作，不需要使用水熱合成器以及有機模板劑。原料來源豐富，方便，適合規模化生產。產品納米棒直徑大小50～100nm，長度0.5～2μm，分散性好，比表面積大，采用本方案可制備出結晶性良好的α相二氧化錳納米棒。材料的一維棒狀結構能夠保證充分地與電解液接觸，增加了反應表面積改善了固液界面上的離子擴散。α相二氧化錳納米棒提高了電化學電容器的容量，改善了電容器快速充放電和使用壽命等性能。二氧化錳納米棒也可以用于電池的正極材料，光化學反應的催化劑，還可以用于其他工業領域。因此，以本發明公開的方法制備的α相二氧化錳在超級電容器，電池，催化反應以及其他工業領域具有重要應用前景。

附圖說明

本發明附圖5幅，

圖1是實施例1制備的α相二氧化錳納米棒的XRD圖；

圖2是實施例1制備的α相二氧化錳納米棒的SEM圖；