[发明专利]一种不同形貌一维银/氧化锰复合纳米材料制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明公开一种复合纳米材料的制备技术，具体涉及到一种一维不同形貌的银/氧化锰复合纳米材料的制备方法，属于电化学和新能源领域，在电池、超级电容器、催化等方面具有重要用途。

背景技术

电化学超级电容器作为一种新型储能器件，具有比传统电容器大得多的能量密度和比电池高得多的功率密度，集能量密度高、功率密度高、循环寿命长等优点于一身。众所周知，广泛用于超级电容器的电极材料有多孔碳材料、过渡金属氧化物和导电聚合物（参考文献1,P.Simon,Y.Gogotsi,“Materials for electrochemical capacitors”Nature Materials7(2008),845–854.）。而过渡金属氧化物中的氧化锰被认为最有吸引力的选择，因为其具有成本低。环境友好以及优越的电容性能。

一维纳米材料因其具有更高的比表面积、分散性好、电子和离子扩散途径短的特点广泛应用在电极材料的制备和合成中。然而作为氧化锰电极材料，一维纳米材料虽然较其他形貌有更高的性能，但由于其本身的低导电率，依然限制了其在高性能超级电容器方面的应用。因此，在材料中引入导电相，可以提高电极材料的导电性，进而增强其电化学性能。Zhang等人（参考文献2,G.N.Zhang,L.Zheng,M.Zhang,S.H.Guo,Z.H.Liu,Z.P.Yang and Z.L.Wang,“Preparation of Ag-nanoparticle-loaded MnO₂nanosheets and their capacitance behavior”,Energy Fuels26(2012),618–623）采用水热和沉淀法制备银颗粒修饰二氧化锰纳米片。Wang等人则报道（参考文献3,Y.Wang,I.Zhitomirsky,“Cathodic electrodeposition of Ag-doped manganese dioxide films for electrodes of electrochemical supercapacitors”,Mater.Lett.65(2011),1759–1761.）采用共沉积方法制备银纳米颗粒掺杂二氧化锰薄膜。虽然已报道的文献，显示银掺杂对其电化学性能有提高。但就制备条件而言，反应温度往往都在120℃以上，反应时间在2h以上，而且反应步骤繁琐；就产物结果而言，往往银颗粒尺寸分布不均以及修饰氧化锰材料不完全。因此，发展一种简单、耗时短、温和的方法高效制备尺寸分布均匀的银纳米颗粒/一维氧化锰电极材料是十分必要的。

发明内容

本发明目的在于提供一种一维不同形貌银/氧化锰复合纳米材料的制备方法。该方法反应步骤简单，反应温度较低，反应时间较短且设备简单；在制得的一维不同形貌银/氧化锰复合纳米材料中，银纳米颗粒尺寸分布均匀，且达到对氧化锰纳米材料完全修饰，电化学性能优异。

具体地采用在不同pH下，以银纳米线为模板，高锰酸钾为锰源，制备不同形貌的一维银/氧化锰复合纳米材料。具体步骤包括：将一定浓度的两份高锰酸钾溶液调至酸性和中性，并加热至80℃；取一定质量的银纳米线，配成一定浓度银纳米线水溶液，分别置于上述高锰酸钾溶液中，磁力搅拌90min，冷却至室温后，经离心、洗涤、干燥，即分别得到两种不同形貌的一维银/氧化锰复合纳米材料。

一种银纳米颗粒/氧化锰纳米管复合纳米材料的制备方法，其特征在于具有以下的步骤和过程：

步骤1：将银纳米线分散于去离子水中，然后进行超声处理；

步骤2：将高锰酸钾溶解于去离子水中，经磁力搅拌，形成高锰酸钾溶液；然后加热至80℃；

步骤3:将步骤一中银纳米线分散液，用滴管逐滴加入到步骤二中高锰酸钾溶液中，保持磁力搅拌；

步骤4：步骤三中反应后的混合溶液经离心、洗涤、干燥箱中烘干，最终得到棕色粉末，即银纳米颗粒/氧化锰纳米管。

进一步：

步骤一：将银纳米线分散于去离子水中，然后进行超声处理；

步骤二：将高锰酸钾溶解于去离子水中，经磁力搅拌，形成高锰酸钾溶液；通过加入质量分数98%的浓硫酸，溶液pH调至酸性；然后加热至80℃；

步骤三：将步骤一中银纳米线分散液，用滴管逐滴加入到步骤二中高锰酸钾溶液中，保持磁力搅拌；银纳米线和高锰酸钾的质量比为20：158；

步骤4：步骤三中反应后的混合溶液经离心、洗涤、干燥箱中烘干，最终得到褐色粉末，即一维银纳米颗粒/氧化锰纳米片。