[發(fā)明專利]平行于基板的規(guī)則層狀氧化錳納米線束的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310063855.4
• 申請日: 2013-02-28
• 公開（公告）號: CN103086438B
• 公開（公告）日: 2018-01-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉宗懷;蔡健煒
• 申請（專利權(quán)）人: 陜西師范大學(xué)
• 主分類號: C01G45/02
• 分類號: C01G45/02;B82Y40/00
• 代理公司: 西安永生專利代理有限責(zé)任公司61201
• 代理人: 申忠才

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于化學(xué)材料研究技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種排序規(guī)則的層狀氧化錳納米線束的制備方法。

背景技術(shù)

一維無機(jī)納米材料以其獨(dú)特的性質(zhì)及在多領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用得到研究者越來越多的關(guān)注。具有一維納米結(jié)構(gòu)的材料尺寸小而具有較大的比表面積和面積/體積比，這一性質(zhì)有利于一維納米材料在鋰離子二次電池，超級電容器以及催化方面中的應(yīng)用。

層狀一維氧化錳納米材料的制備也有相關(guān)報(bào)道，如采用高錳酸與2-乙基己烷的氧化還原反應(yīng)體系，通過PEG輔助水熱技術(shù)制備鉀型氧化錳超長線束；或以三氧化二錳為前軀體，在10mol/L的氫氧化鈉溶液中170℃水熱反應(yīng)72小時(shí)以上，制備Na-Birnessite氧化錳納米帶。以這些氧化錳納米材料為鋰離子二次電池正極材料，對所制備材料進(jìn)行了電池性能測試。結(jié)果發(fā)現(xiàn)一維氧化錳納米帶在20mA/g電流密度下的初始放電容量為375mAh/g，具有較好的循環(huán)穩(wěn)定性，其充放電性能明顯優(yōu)于塊體狀Birnessite型氧化錳材料。

然而這些一維無機(jī)納米材料多為雜亂無章的排序，這種排序會大大影響其電化學(xué)性能的發(fā)揮。現(xiàn)在也有人使用催化劑，使納米線在催化點(diǎn)上生長，其排列方向是垂直衍生長于基板上，制成有序排列的一維無機(jī)納米材料。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)中氧化錳納米線束材料制備方法所存在的不足，本發(fā)明提供了簡單、環(huán)保、反應(yīng)條件溫和且能制備出線束形貌規(guī)則均一、半徑分布均勻的氧化錳納米線束的一種平行于基板的規(guī)則層狀氧化錳納米線束制備方法。

解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是由以下步驟制成：

將羧基化碳納米管與鉀型層狀氧化錳粉末按照質(zhì)量比為1：2～6混合，均勻分散在6mol/L的氫氧化鈉溶液中，攪拌均勻，所得懸濁液置于壓力容彈中，120～180℃恒溫水熱反應(yīng)10～40小時(shí)，得到層狀氧化錳納米線束，將層狀氧化錳納米線束超聲分散在水中，置于燒杯中，取干凈的玻璃基板豎直置于燒杯中，常溫干燥，在玻璃基板上形成排序規(guī)則的層狀氧化錳納米線束。

上述羧基化碳納米管與鉀型層狀氧化錳粉末的質(zhì)量比優(yōu)選為1：2～4。

上述水熱反應(yīng)溫度為140～160℃，水熱反應(yīng)時(shí)間為20～40小時(shí)。

本發(fā)明提供的平行于基板的規(guī)則層狀氧化錳納米線束制備方法是通過鉀型層狀氧化錳粉末與羧基化碳納米管在氫氧化鈉溶液分散后進(jìn)行水熱反應(yīng)，制成層狀氧化錳納米線束，超聲分散在水中，在垂直于分散液的玻璃基片上生長出排列規(guī)則的層狀氧化錳納米線束，本發(fā)明利用了羧基化碳納米管具有親水性質(zhì)，能吸附在層狀氧化錳納米線表面，從而可以改變層狀氧化錳納米線與水的接觸角，同時(shí)，本發(fā)明使得層狀氧化錳納米線與水的表面張力發(fā)生變化，使得其在水中的表面能大于其在水表面的表面能，將使得納米線富集在水表面上，干燥過程中定向排序在垂直于液面的基板上，從而得到排序規(guī)整的平行于基板的層狀氧化錳納米線束。本發(fā)明所制備的氧化錳納米線束能夠平行于玻璃基板，而且定向排序整齊，線束形貌規(guī)則均一，半徑分布均勻，而且本發(fā)明的方法反應(yīng)條件溫和、工藝步驟簡單、生產(chǎn)成本低。

附圖說明

圖1是實(shí)施例1制備的層狀氧化錳納米線束的X射線衍射圖譜。

圖2是實(shí)施例1制備的層狀氧化錳納米線束的低倍率掃描電鏡照片。

圖3是實(shí)施例1制備的層狀氧化錳納米線束的高倍率掃描電鏡照片。

圖4是羧基化碳納米管與鉀型層狀氧化錳粉末質(zhì)量比為1：0.5制備的層狀氧化錳納米線束的掃描電鏡照片。

圖5是羧基化碳納米管與鉀型層狀氧化錳粉末質(zhì)量比為1：1制備的層狀氧化錳納米線束的掃描電鏡照片。

圖6是羧基化碳納米管與鉀型層狀氧化錳粉末質(zhì)量比為1：2制備的層狀氧化錳納米線束的掃描電鏡照片。

圖7是羧基化碳納米管與鉀型層狀氧化錳粉末質(zhì)量比為1：4制備的層狀氧化錳納米線束的掃描電鏡照片。

圖8是羧基化碳納米管與鉀型層狀氧化錳粉末質(zhì)量比為1：6制備的層狀氧化錳納米線束的掃描電鏡照片。

圖9是羧基化碳納米管與鉀型層狀氧化錳粉末質(zhì)量比為1：8制備的層狀氧化錳納米線束的掃描電鏡照片。

圖10是水熱反應(yīng)溫度為100℃制備的層狀氧化錳納米線束的掃描電鏡照片。

圖11是水熱反應(yīng)溫度為120℃制備的層狀氧化錳納米線束的掃描電鏡照片。

圖12是水熱反應(yīng)溫度為140℃制備的層狀氧化錳納米線束的掃描電鏡照片。

圖13是水熱反應(yīng)溫度為160℃制備的層狀氧化錳納米線束的掃描電鏡照片。