[发明专利]一类锰系尖晶石纳米材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及纳米材料的制备，特别是一类锰系尖晶石纳米材料及其制备方法和应用。

背景技术

锰系尖晶石是一类含锰的氧化物，化学式为A_xMn_3-xO₄(0≤x≤2，A为金属)，是一种重要的无机功能材料。由于锰价态众多、价格便宜、无毒环保，锰系尖晶石被广泛应用于燃料电池空气电池的阴极催化剂、气敏材料、热敏材料、磁性材料以及电池材料等领域。

近年来，随着纳米技术的不断发展，锰系尖晶石纳米材料作为一种新型、高效的电化学催化剂引起许多研究者的关注。目前，锰系尖晶石纳米材料的合成技术主要是无机盐分解法、溶胶凝胶法以及水热溶剂法。例如，Nissinen等人(T.A.Nissinen，et al.Chem.Mater.，15：4974～4979，2003)在200℃下通过微波加热分解Co/Mn硝酸盐，制备了Co₂MnO₄纳米颗粒。Zhang等人(H.T.Zhang，et al.Nanotechnology，17：1384～1390，2006)将Co/Mn的乙酰丙酮螯合物在油胺中生成凝胶，在230℃下分解得到尺寸很小的纳米材料。Zhang等人(X.D.Zhang，et al.J.Phys.Chem.Solids，68：1583～1590，2007)在170℃下水热反应48小时，制备了ZnMn₂O₄纳米颗粒。Xiao等人(L.F.Xiao，et al.，J.Power Sources，194：1089～1093，2009)以无水乙醇为反应介质通过溶剂热法在160℃下加热48小时得到花状的ZnMn₂O₄。这些纳米材料的合成温度相对传统的高温固相法虽然有所下降，但仍不可避免地要使用加热手段且整个制备工艺苛刻，这在很大程度上增加了能源消耗及成本问题。鉴于此，本发明首次提出了一种简单易行且低能耗的常温合成方法。与上述方法相比，常温合成的锰系尖晶石纳米材料的比表面积大，可增大活性物质与氧气、电解液的接触，同时它们所构成的电极能够形成较好的多孔网络结构，提供良好的物质传输通道，从而有效地提高其电催化活性，在金属空气电池、燃料电池等方面应用前景广阔。

发明内容

本发明的目的是针对上述技术分析，提供一类锰系尖晶石纳米材料的常温制备方法及其氧还原催化性能，该反应过程在室温下进行，能耗低，制备的纳米材料，具有大的比表面积，作为电催化剂应用具有较高的电催化效率。

本发明的技术方案：