[發明專利]一種三維二氧化錳納米網的制備方法

有效

• 申請號: 201310242150.9
• 申請日: 2013-06-19
• 公開（公告）號: CN103265082A
• 公開（公告）日: 2013-08-28
• 發明（設計）人: 葉志國;稂耘;周偉民;華小珍;周賢良
• 申請（專利權）人: 南昌航空大學
• 主分類號: C01G45/02
• 分類號: C01G45/02
• 代理公司: 南昌市平凡知識產權代理事務所 36122
• 代理人: 姚伯川

技術領域

本發明屬于納米材料合成技術領域，特別涉及一種三維二氧化錳納米網的制備方法。

背景技術

納米材料在光、熱、電、磁、化學及電化學等性質方面與常規材料迥然不同，使得納米材料具有特殊的表面效應、體積效應、熱傳導性、磁學特性、光學特性、微波吸收特性、超導性以及特殊的化學吸附特性，極高的化學和電化學反應活性和催化特性。

隨著納米技術的發展，納米多孔材料因其具有孔徑大小可調、顯著的表面效應、極大的吸附容量和極高的比表面積而廣泛應用于儲能器件的電極材料、納米顆粒的過濾、催化劑載體、可反復使用的高性能一體化整體吸附材料(如海水和苦咸水脫鹽)、環境保護、傳感器、生物醫學等行業領域。孔徑尺寸在納米級別的篩網可以實現微米和納米顆粒的過濾，這是一種治理納米污染、保護環境和人體健康簡單而直接的方式，同時納米網狀薄膜材料由于其具有特殊的網狀結構、大的比表面積，因此具有極高的電催化活性、憎水等特性，在催化和分離科學、憎水性涂料等領域上具有重要的應用，另外高孔隙率的納米網還可以作為載體承載其他納米材料來提高材料的性能。

二氧化錳因其價格低廉，環境友好，電位窗口寬，理論比電容量大作為功能材料大量應用于催化劑、氣敏、光敏材料，電極材料等多種領域。但是密實的二氧化錳無法充分發揮出其優良的性能，大大降低了二氧化錳的利用率，在鋰錳電池中，鋰離子和電解液不易進入二氧化錳內部結構缺陷形成鋰錳氧化物，從而表現出容量小，電阻高的缺點。納米網狀的二氧化錳中的納米通道能夠讓其他物質進入與其結合從而大大提高二氧化錳的利用率，有望突破許多領域的技術瓶頸，使得產品性能有很大的提升。

發明內容

本發明的目的在于提供一種可實現微米和納米顆粒的過濾的三維二氧化錳納米網的制備方法，本方法采用恒電流脈沖或恒電位脈沖陽極電沉積制得納米二氧化錳，制備出的二氧化錳網狀特征明顯，網的孔洞尺寸可調，整體結構孔隙率高，比表面積大。

本發明是通過如下過程實現的：

一種三維二氧化錳納米網的制備方法，其特征在于，包括以下幾個步驟：

（1）制備鈦基IrO₂涂層電極

鈦板預處理：將經噴砂處理后的鈦板在濃度為40～60?g/L的NaOH與濃度為10～30?g/L的?Na₂CO₃混合溶液中60?℃震蕩洗滌20?min，接著在蒸餾水中常溫震蕩洗滌5?min，丙酮溶液中常溫震蕩洗滌10?min以徹底除去鈦板表面的油污，接著將鈦板放入5～50%的氫氟酸中刻蝕5～30?min，最后在10%的草酸中溫度為95℃的條件下刻蝕10?min直到溶液呈深黃色后取出試樣，沖洗晾干；

熱分解制備IrO₂涂層：將濃度為0.10～0.50?mol/L的氯銥酸異丁醇涂覆液涂敷于預處理后的鈦板上，將鈦板先置于烘箱內燒烤，烘烤溫度為50～100?℃，時間為5～30?min，然后放入馬弗爐內燒結，燒結溫度為300～600?℃，時間為10～30?min，取出空冷，重復上述過程3～10次，最后一次放入馬弗爐內的燒結溫度為300～600?℃，時間40～120?min，可獲得均勻的鈦基IrO₂中間層;

（2）脈沖陽極電沉積得到三維納米MnO₂納米網

配制中性電解液：把MnSO₄·H₂O或MnCl₂或醋酸錳其中的一種與Na₂SO₄按摩爾比為1:2～1:5配制成中性電解液，電解液Mn²⁺濃度為0.5?mol/L；

脈沖沉積制備三維納米MnO₂納米網：沉積溫度為80～100?℃，將制得的鈦基IrO₂涂層電極作為沉積體系中陽極使用，采用純鈦板作為陰極，飽和甘汞電極（SCE）作為參比電極，使用恒電流脈沖或恒電位脈沖兩種方法在陽極沉積得到三維MnO₂納米網。

上述過程中，恒電流脈沖沉積的方法為：采用脈沖陽極電沉積的方法，恒電流密度為0.5～50?mA/cm²，通電1～120?s，然后斷電1～120?s，循環上述通斷電過程可在陽極表面得到三維MnO₂納米網。