[发明专利]一种三维二氧化锰气凝胶的制备方法

说明书

本发明属于催化剂制备领域，涉及一种三维二氧化锰气凝胶的制备方法。本发明提供一种三维二氧化锰气凝胶，所述二氧化锰气凝胶中掺杂有银元素，其化学成分符合化学通式：Ag‑MnO₂，其中，所述银元素添加量以银掺杂二氧化锰气凝胶的总质量计，其所占质量百分比为大于0且小于等于50%。发明还进一步提供一种三维二氧化锰气凝胶的制备方法。本发明提供的一种三维二氧化锰气凝胶的制备方法，制备获得的二氧化锰气凝胶，具有没有锰前驱体和有机修饰分子残留、机械强度高，比表面积大，导电性好，制备方法简单，易于放大实验从而制备体积更大的气凝胶，电催化活性高等优点。

技术领域

本发明属于催化剂制备领域，涉及一种三维二氧化锰气凝胶的制备方法。

背景技术

气凝胶由于其独特的纳米多孔结构使其在光学、力学等具有独特的优势，如高孔隙率、高比表面积、低密度、强吸附性能等。随着研究的深入，气凝胶的潜在价值逐渐被人发掘，目前应用在主要热学、催化和电子领域，可作为隔热材料、锂电池、催化剂及催化剂载体等。

传统的气凝胶制备方法为溶胶-凝胶法和模板导向法。溶胶-凝胶法可以批量合成，但不宜控制；模板导向法可以生成有序结构，但是过度依赖模板的结构，不能大量制备。

二氧化锰是一种过渡金属氧化物，在各种过渡金属氧化物中，二氧化锰资源广泛，价格低廉，环境友善，具有多种氧化态，被广泛用作电池电极材料和氧化催化材料。研究表明，二氧化锰的形貌、比表面积、晶型结构对其电化学及催化性能十分重要。据Li等报道α相氧化锰具有更加优异的电化学性能(ChemCatChem 2015,7,1848-1856.)。因此研究如何控制二氧化锰的形貌、晶型结构等结构特性与物化性能之间的关系对于提升二氧化锰的电化学和催化性能具有十分重要的意义。

目前对于二氧化锰气凝胶的制备主要采用先制备二氧化锰湿凝胶，然后通过超临界干燥工艺制备气凝胶。文建国等以高锰酸钾和反丁烯二酸为原料，采用溶胶-凝胶法和超临界干燥法制备二氧化锰气凝胶(无机材料学报，2009，24，521)。Sung等采用一维纳米线溶液浓缩法和超临界干燥法制备二氧化锰气凝胶(Sci.Rep.2012，2，849)。随后又通过二氧化锰纳米线交联形成湿凝胶和超临界干燥法制备二氧化锰气凝胶。专利(201510643709.8)通过冰模板法制备δ-MnO₂二氧化锰纳米片气凝胶。以上方法所制备的气凝胶存在锰前驱体和有机修饰分子残留、二氧化锰晶型无法控制、制备方法复杂、无法放大生产等缺点限制了二氧化锰气凝胶的广泛应用。因此，期待一种更加环保、成本低廉、操作简单、易于放大生产和可以控制晶型结构的二氧化锰气凝胶制备方法。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种三维二氧化锰气凝胶的制备方法，用于解决现有技术中存在的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明第一方面提供一种三维二氧化锰气凝胶，所述二氧化锰气凝胶中掺杂有银元素，其化学成分符合化学通式：Ag-MnO₂，其中，所述银(Ag)元素添加量以银掺杂二氧化锰气凝胶(Ag-MnO₂)的总质量计，其所占质量百分比为大于0且小于等于50％(0＜Ag≤50％)。

上述化学通式Ag-MnO₂中，MnO₂的元素右下标数字代表各对应元素的摩尔比例关系。

优选地，所述银(Ag)元素添加量以银掺杂二氧化锰气凝胶(Ag-MnO₂)的总质量计，其所占质量百分比为5-20％(5％≤Ag≤20％)。

优选地，所述Ag-MnO₂的微观结构为三纳米线。所述纳米线的长度可到几十微米。所述纳米线构成气凝胶。Ag均匀分散在二氧化锰纳米线中。所述Ag-MnO₂具体晶相结构为α相。所述α相的晶相结构为PDF 44-1396晶相结构。所述二氧化锰气凝胶呈三维立体结构。