[发明专利]一种低温制备二氧化锰纳米棒的方法

说明书

技术领域

本发明涉及无机材料的制备方法，具体是指一种二氧化锰(MnO₂)纳米棒的制备方法。

背景技术

众所周知，二氧化锰(MnO₂)是一种常温下非常稳定的两性氧化物。二氧化锰大量用于炼钢，并用于制玻璃，陶瓷，搪瓷以及干电池。近年来，研究发现二氧化锰具有极好的催化和电化学特性。现在二氧化锰广泛用于有毒有机物催化和电容器制造工业。由于二氧化锰纳米棒具有更高的比表面积，更多的通道，在其应用领域具有更好的性能。迄今用于制备MnO₂纳米棒的方法主要有热分解法，气/固反应法，溶胶凝胶法，水热合成法和电化学法。这些方法需要较高的温度，且成本高，工艺复杂。

发明内容

本发明的目的是提供一种工艺简单，反应温度低的制备二氧化锰纳米棒的方法。本发明的制备二氧化锰纳米棒的方法，采用恒温水浴加热法，步骤如下：

(1)先将四水氯化锰和高锰酸钾混合均匀，其中四水氯化锰与摩尔高锰酸钾的摩尔比为2～4∶1，再溶解到蒸馏水中，直至完全溶解；在此将混合物溶于蒸馏水中为一般溶解即可，

(2)再在持续搅拌的情况下，加入浓度为1M(mol/L)的HCl溶液进行反应，加入HCl溶液的量与四水氯化锰和高锰酸钾混合物的摩尔数比为1～2∶1；

(3)最后将混合反应溶液放置于50～90℃的恒温水浴箱中，保温24小时以上，再冷却至室温得沉淀物；

(4)用去离子水多次离心清洗沉淀物至pH值为中性，室温干燥，得到高纯的二氧化锰纳米棒。

作为优选，上述制备二氧化锰纳米棒的方法中恒温水浴箱的温度为60～80℃。

作为优选，上述制备二氧化锰纳米棒的方法中反应物在水中溶解之前用球磨机将反应物混合均匀。

例如：先将一定的四水氯化锰(MnCl₂·4H₂O)和一定的高锰酸钾(KMnO₄)混合均匀后，再溶解到200毫升的蒸馏水中。MnCl₂·4H₂O与KMnO₄的摩尔比为按上述比例配制。在溶解过程中需要持续搅拌来加速反应物的溶解速度。反应物在水中完全溶解后，再在持续搅拌的情况下，缓慢加入100毫升浓度为1M(mol/L)的HCl溶液来加速反应物的反应速度。最后将混合溶液放置于50～90℃的恒温水浴箱中，保温至少24小时后，冷却至室温。用去离子水多次离心清洗沉淀物至pH值为中性，室温干燥，得到高纯的二氧化锰纳米棒。

有益效果：本发明制备过程中，所用试剂均为商业产品，无需繁琐制备，工艺简单易操作，成本低，制得的产物纯度高，可大批量生产。

附图说明

图1是用本发明方法制得的二氧化锰纳米棒的X射线衍射(XRD)谱图；

图2是用本发明方法制得的二氧化锰纳米棒电镜能谱(EDX)谱图；

图3是用本发明方法制得的二氧化锰纳米棒的透射电镜(TEM)照片；

图4是用本发明方法制得的二氧化锰纳米棒的高分辨透射电镜(HRTEM)照片

具体实施方式

以下结合实例进一步说明本发明。

实施例1

将0.06摩尔四水氯化锰(MnCl₂·4H₂O)，0.03摩尔高锰酸钾(KMnO₄)混合均匀后，再溶解到200毫升的蒸馏水中。在溶解过程中需要持续搅拌来加速反应物的溶解速度。反应物在水中完全溶解后，再在持续搅拌的情况下，缓慢加入100毫升浓度为1M的HCl溶液来加速反应物的反应速度。最后将混合溶液放置于60℃的恒温水浴箱中，保温36小时后，冷却至室温。用去离子水多次离心清洗沉淀物至pH值为中性，室温干燥，得到黑色粉末状产物。样品的XRD衍射谱图(图1所示)证实产物为正交晶系的γ-MnO₂，所得的XRD图谱与参照的MnO₂标准衍射卡片(14-644)相符。图2的EDX分析表明产物由Mn和O元素组成。其中Mn和O的原子比例为1∶1.96，与标准的MnO₂中的Mn和O的原子比接近。其中C元素来源于做扫描电镜EDX分析所用的导电碳胶带，与样品成分无关。将样品在透射电镜下观察如图3可以发现样品由大量纳米棒组成。图4显示的是单个纳米棒的高分辨透射电镜照片。这个纳米棒是直径约为8纳米，长度约为20纳米。结合图1，图2，图3和图4，该产物确定为MnO₂纳米棒。

实施例2