[发明专利]一种自牺牲模板制备纳米级无定型二氧化锰的方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料合成技术领域，涉及一种自牺牲模板制备纳米级无定型二氧化锰的方法。

背景技术

纳米锰氧化物中由于锰存在多种可变价态，有利于化学反应电子转移，故具有较高的催化活性和良好的电化学性能。其中，二氧化锰具有优异的电化学性能，是能源和电子等领域中一种重要的原料。目前制备纳米二氧化锰的主要方法包括水热法、固相反应法和电解沉积法等。但这些方法制备出来的二氧化锰结晶性都比较好，为α、β、γ、δ和λ型等。尽管这些晶型的纳米二氧化锰虽然能够满足某一方面的需要，但无定型的二氧化锰由于其结构有利于质子的快速嵌入和脱嵌，可在电极表面或者体相范围内产生快速、可逆的化学吸/脱附或者氧化/还原反应，在电化学性能方面的表现可能更加优异。然而，目前关于无定型纳米二氧化锰的合成还比较困难。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种自牺牲模板制备纳米级无定型二氧化锰的方法，这种方法以KMnO₄为氧化剂，表面活性剂辛烷基苯酚聚氧乙烯醚(曲拉通X-100)在水溶液中形成胶束作为反应模板，同时又作为还原剂参与反应，故称之为自牺牲模板法，是纳米二氧化锰制备的一种新方法。

本发明的技术方案如下：

本发明提供了一种自牺牲模板制备纳米级无定型二氧化锰的方法，该方法包括以下步骤：

搅拌下将高锰酸钾的去离子水溶液逐滴加入到辛烷基苯酚聚氧乙烯醚的去离子水溶液中，常温反应后离心分离，倒出上清液，分别用去离子水和无水乙醇洗涤固体产物3-6次，恒温干燥后得到纳米级无定型二氧化锰。

所述的高锰酸钾的去离子水溶液的浓度为0.01～2.0mol·dm^-3。

所述的辛烷基苯酚聚氧乙烯醚的去离子水溶液的浓度为0.01～2.0mol·dm^-3。

所述的辛烷基苯酚聚氧乙烯醚的去离子水溶液与高锰酸钾的去离子水溶液的体积比为10∶1～1∶10。

所述的常温反应时间为0.5～48h。

所述的恒温的温度为60～100℃。

所述的干燥时间为1～48h。

本发明同现有技术相比，具有以下优点和有益效果：

1、本发明方法采用辛烷基苯酚聚氧乙烯醚表面活性剂，不仅作为一种模板剂，还作为还原剂参与化学反应，所得的产物粒径较小，分布均匀，形貌可控。

2、本发明方法反应条件温和，制备工艺简单，成本低廉且操作易控，比较容易实现工业化大规模生产。

3、本发明方法的两种原料均参与化学反应，在一定程度上减少了产物的后处理环境负荷。

4、本发明方法制备的纳米二氧化锰为无定型，形貌呈颗粒状或絮状，结构新颖。

附图说明

图1是100mL 0.01mol·dm^-3KMnO₄水溶液与100mL 0.01mol·dm^-3辛烷基苯酚聚氧乙烯醚水溶液反应48小时后产物的透射电子显微镜照片。

图2是100mL 0.01mol·dm^-3KMnO₄水溶液与100mL 0.01mol·dm^-3辛烷基苯酚聚氧乙烯醚水溶液反应48小时后产物的XRD图。

图3是200mL 0.1mol·dm^-3KMnO₄水溶液与20mL 1.0mol·dm^-3辛烷基苯酚聚氧乙烯醚水溶液反应36小时后产物的透射电子显微镜照片。

图4是200mL 0.1mol·dm^-3KMnO₄水溶液与20mL 1.0mol·dm^-3辛烷基苯酚聚氧乙烯醚水溶液反应36小时后产物的XRD图。

图5是20mL 2.0mol·dm^-3KMnO₄水溶液与200mL 1.0mol·dm^-3辛烷基苯酚聚氧乙烯醚水溶液反应0.5小时后产物的扫描电子显微镜照片。

图6是20mL 2.0mol·dm^-3KMnO₄水溶液与200mL 1.0mol·dm^-3辛烷基苯酚聚氧乙烯醚水溶液反应0.5小时后产物的XRD图。