[發(fā)明專利]四氧化三錳納米晶體及其制備方法

有效

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• 申請日: 2013-06-05
• 公開（公告）號: CN103274469A
• 公開（公告）日: 2013-09-04
• 發(fā)明（設計）人: 王智宇;陳超;錢國棟
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: C01G45/02
• 分類號: C01G45/02;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林松海

技術領域

本發(fā)明涉及一種四氧化三錳納米晶體及其制備方法，屬于化工生產(chǎn)技術領域。

背景技術

Mn₃O₄是一種重要的無機材料，被廣泛用于磁性材料、電化學領域和催化等領域。在電子工業(yè)方面，Mn₃O₄是制作軟磁鐵氧體的重要原料；在化學工業(yè)方面，Mn₃O₄是多種反應的催化劑；在涂料工業(yè)方面，含有Mn₃O₄的涂料，有比含有二氧化鈦或氧化鐵的涂料具有更好的抗腐蝕能力；在電化學方面，Mn₃O₄是制備電池正極活性材料LiMn₂O₄的前驅(qū)體。

目前工業(yè)上主要采用金屬鎂粉催化氧化法生產(chǎn)四氧化三錳，該方法工藝成熟簡單，但產(chǎn)品雜質(zhì)含量普遍較高。為了生產(chǎn)出高質(zhì)量的四氧化三錳納米晶體，目前研究較多的方法包括：溶膠凝膠法、水熱法或溶劑熱法等。如公開號CN101219809A、CN?101565208A中所報道的利用溶劑熱法合成四氧化三錳納米晶體的方法，上述方法往往對合成條件要求較高，并且需要添加劑或有機溶劑作為輔助。

利用堿性物質(zhì)將二價錳離子沉淀獲得氫氧化錳后再利用空氣或氧氣將其氧化制備四氧化三錳的方法簡化了制備步驟，氧化過程又可以在溫和的室溫條件下進行，對廉價制備大量Mn₃O₄產(chǎn)品有重要意義。但是基于該方法的專利和論文，如公開號CN1935673A、CN102627330A、CN102040246A中報道的方法，不難發(fā)現(xiàn)通過該過程生產(chǎn)的Mn₃O₄納米晶體往往在形貌或尺寸的均一性上不甚理想。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所述的納米四氧化三錳制備方案，關鍵在于：使用水合肼作為堿性物質(zhì)和氧化過程控制劑。

為了解決Mn(OH)₂中二價錳被氧化速度過快的問題，同時制備出形貌與尺寸均一的Mn₃O₄納米晶體，本發(fā)明是提供一種控制Mn(OH)₂氧化速度的方法，即通過在反應中引入水合肼，不僅創(chuàng)造了堿性的環(huán)境，還有效地控制了氧化反應的進行，同時，生產(chǎn)過程可在溫和的室溫下進行，所生產(chǎn)的Mn₃O₄納米晶體形貌和尺寸具有均一的特點。通過調(diào)節(jié)實驗參數(shù)可以有效地控制納米晶的尺寸和形貌。

一種四氧化三錳納米晶體的制備方法，包括如下步驟：將10~1000mg錳源前驅(qū)體加入30~300ml去離子水中，攪拌后獲得錳鹽溶液；然后向錳鹽溶液中加入0.1~30ml水合肼，繼續(xù)攪拌6~24小時，濾洗，烘干，研磨后得到所述的四氧化三錳納米晶體。

整個反應過程均可在室溫下進行。

所述的錳源前驅(qū)體為下述物質(zhì)中的一種或幾種：乙酸錳、氯化錳、硫酸錳以及以上物質(zhì)的結(jié)晶水合物。

所述的濾洗用去離子水濾洗2~4次，隨后將濾洗后的產(chǎn)物于80~150℃并在鼓風條件下進行干燥，干燥時間為3~5小時。

室溫下將0.25-1.0g四水合乙酸錳溶于60ml去離子水中，攪拌2小時，獲得均勻溶液，向均勻溶液中快速注入1?ml水合肼，繼續(xù)攪拌24小時；濾洗，烘干，研磨后得到四氧化三錳納米晶體為均一的方臺狀形貌。

室溫下將0.5g四水合乙酸錳溶于60ml去離子水中，60℃攪拌2小時，獲得均勻溶液，向均勻溶液中快速注入1?ml水合肼，繼續(xù)攪拌24小時。濾洗，烘干，研磨后得到四氧化三錳納米晶體為均一的橢球狀形貌。

室溫下將0.125g四水合乙酸錳溶于60ml去離子水中，攪拌2小時，獲得均勻溶液。向溶液中快速注入5?ml水合肼，繼續(xù)攪拌24小時。取出產(chǎn)物，濾洗，烘干，研磨后得到四氧化三錳納米晶體為均一的圓片狀形貌。

室溫下將0.01g四水合氯化錳溶于60ml去離子水中，攪拌2小時，獲得均勻溶液。向溶液中快速注入5?ml水合肼，繼續(xù)攪拌24小時。取出產(chǎn)物，濾洗，烘干，研磨后得到四氧化三錳納米晶體為均一的方片狀形貌。

一種所述的制備方法得到的四氧化三錳納米晶體。

與現(xiàn)有的四氧化三錳納米晶體制備方法相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

1、反應在室溫下進行，制備過程簡單，材料選擇廣泛，成本低廉。

2、所合成的四氧化三錳具有較高的分散性和較好的水溶性。