[发明专利]平行于基板的规则层状氧化锰纳米线束的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于化学材料研究技术领域，具体涉及一种排序规则的层状氧化锰纳米线束的制备方法。

背景技术

一维无机纳米材料以其独特的性质及在多领域的广泛应用得到研究者越来越多的关注。具有一维纳米结构的材料尺寸小而具有较大的比表面积和面积/体积比，这一性质有利于一维纳米材料在锂离子二次电池，超级电容器以及催化方面中的应用。

层状一维氧化锰纳米材料的制备也有相关报道，如采用高锰酸与2-乙基己烷的氧化还原反应体系，通过PEG辅助水热技术制备钾型氧化锰超长线束；或以三氧化二锰为前躯体，在10mol/L的氢氧化钠溶液中170℃水热反应72小时以上，制备Na-Birnessite氧化锰纳米带。以这些氧化锰纳米材料为锂离子二次电池正极材料，对所制备材料进行了电池性能测试。结果发现一维氧化锰纳米带在20mA/g电流密度下的初始放电容量为375mAh/g，具有较好的循环稳定性，其充放电性能明显优于块体状Birnessite型氧化锰材料。

然而这些一维无机纳米材料多为杂乱无章的排序，这种排序会大大影响其电化学性能的发挥。现在也有人使用催化剂，使纳米线在催化点上生长，其排列方向是垂直衍生长于基板上，制成有序排列的一维无机纳米材料。

发明内容

为了克服现有技术中氧化锰纳米线束材料制备方法所存在的不足，本发明提供了简单、环保、反应条件温和且能制备出线束形貌规则均一、半径分布均匀的氧化锰纳米线束的一种平行于基板的规则层状氧化锰纳米线束制备方法。

解决上述技术问题所采用的技术方案是由以下步骤制成：

将羧基化碳纳米管与钾型层状氧化锰粉末按照质量比为1：2～6混合，均匀分散在6mol/L的氢氧化钠溶液中，搅拌均匀，所得悬浊液置于压力容弹中，120～180℃恒温水热反应10～40小时，得到层状氧化锰纳米线束，将层状氧化锰纳米线束超声分散在水中，置于烧杯中，取干净的玻璃基板竖直置于烧杯中，常温干燥，在玻璃基板上形成排序规则的层状氧化锰纳米线束。

上述羧基化碳纳米管与钾型层状氧化锰粉末的质量比优选为1：2～4。

上述水热反应温度为140～160℃，水热反应时间为20～40小时。

本发明提供的平行于基板的规则层状氧化锰纳米线束制备方法是通过钾型层状氧化锰粉末与羧基化碳纳米管在氢氧化钠溶液分散后进行水热反应，制成层状氧化锰纳米线束，超声分散在水中，在垂直于分散液的玻璃基片上生长出排列规则的层状氧化锰纳米线束，本发明利用了羧基化碳纳米管具有亲水性质，能吸附在层状氧化锰纳米线表面，从而可以改变层状氧化锰纳米线与水的接触角，同时，本发明使得层状氧化锰纳米线与水的表面张力发生变化，使得其在水中的表面能大于其在水表面的表面能，将使得纳米线富集在水表面上，干燥过程中定向排序在垂直于液面的基板上，从而得到排序规整的平行于基板的层状氧化锰纳米线束。本发明所制备的氧化锰纳米线束能够平行于玻璃基板，而且定向排序整齐，线束形貌规则均一，半径分布均匀，而且本发明的方法反应条件温和、工艺步骤简单、生产成本低。

附图说明

图1是实施例1制备的层状氧化锰纳米线束的X射线衍射图谱。

图2是实施例1制备的层状氧化锰纳米线束的低倍率扫描电镜照片。

图3是实施例1制备的层状氧化锰纳米线束的高倍率扫描电镜照片。

图4是羧基化碳纳米管与钾型层状氧化锰粉末质量比为1：0.5制备的层状氧化锰纳米线束的扫描电镜照片。

图5是羧基化碳纳米管与钾型层状氧化锰粉末质量比为1：1制备的层状氧化锰纳米线束的扫描电镜照片。

图6是羧基化碳纳米管与钾型层状氧化锰粉末质量比为1：2制备的层状氧化锰纳米线束的扫描电镜照片。

图7是羧基化碳纳米管与钾型层状氧化锰粉末质量比为1：4制备的层状氧化锰纳米线束的扫描电镜照片。

图8是羧基化碳纳米管与钾型层状氧化锰粉末质量比为1：6制备的层状氧化锰纳米线束的扫描电镜照片。

图9是羧基化碳纳米管与钾型层状氧化锰粉末质量比为1：8制备的层状氧化锰纳米线束的扫描电镜照片。

图10是水热反应温度为100℃制备的层状氧化锰纳米线束的扫描电镜照片。

图11是水热反应温度为120℃制备的层状氧化锰纳米线束的扫描电镜照片。

图12是水热反应温度为140℃制备的层状氧化锰纳米线束的扫描电镜照片。

图13是水热反应温度为160℃制备的层状氧化锰纳米线束的扫描电镜照片。