[发明专利]多孔MnO2多级结构的合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及过渡金属氧化物材料领域，具体为一种具有多孔多级结构的MnO₂微纳米材料的制备方法。

背景技术

氧化锰材料价格便宜且环境友好、具有多种化合价态和结构丰富等优点，是一种具有重要工业用途的氧化物。作为其中一种重要的氧化锰多功能材料，MnO₂已在离子交换、分子吸附、催化和电化学等多个领域展现出许多特殊的物理和化学性质。此外，其复杂多变的形貌是影响其物理化学性能的重要因素之一，因此制备具有新奇形貌的MnO₂及其形貌和尺寸可控研究，是现阶段的研究热点。

查阅现有文献可知：MnO₂微纳米材料可通过模板法、电沉积法、静电纺丝法、水/溶剂热法制备出来。其中，溶剂热法由于具有操作简单、成本低、能耗小、产品粒径可控等优点，已成为目前制备MnO₂微纳米材料最常用的方法。已有文献报道通过溶剂热法合成出了MnO₂纳米线、纳米棒、纳米片、纳米花等形貌。但是，至今尚未有文献报道通过溶剂热法制备出多孔MnO₂多级微球。而且该制备过程简单、条件温和、操作方便，有利于降低生产成本，适宜大规模生产。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有多孔多级结构MnO₂微纳米材料的制备方法。通过控制反应温度、反应时间、表面活性剂用量、溶剂比等参数，可以达到选择性地合成不同形貌MnO₂微纳米材料的目的。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种具有多孔多级结构MnO₂微纳米材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）、称取一定量的十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）溶于一定比例的乙醇和水的混合溶剂中，充分搅拌至其完全溶解；

（2）、将四水合乙酸锰加入步骤（1）所配制的溶液中，充分搅拌；

（3）、将尿素加入步骤（2）配制的溶液中，充分搅拌；

（4）、将步骤（3）得到的溶液转移到反应釜中，密封，130~180℃下反应3~20h；

（5）、反应结束后离心收集产物，用水和乙醇分别洗涤三次，然后在空气中50℃烘干；

（6）、将步骤（5）得到的粉体产物转移到管式炉中，于空气中在 450℃煅烧16h，升温速率为3℃·min^-1，即可得到具有多孔多级结构的MnO₂微纳米材料。

进一步的，四水合乙酸锰和尿素的摩尔比为1:4（具体可以为0.975g四水合乙酸锰，0.950g尿素）。

进一步的，CTAB 的用量为 0~amol，其中a等于四水合乙酸锰的摩尔量（CTAB的用量具体可以为0~1.5g）。

进一步的，乙醇和水体积比（v:v）为0:1~1:0。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、通过简单控制反应参数，可得到不同形貌的MnO₂微纳米结构；

2、需设备简易、制备工艺简单、成本低；

3、产物制备过程容易控制、重复性好；

4、制备过程中不产生毒害物质，对环境无污染。

本发明设计合理，具有很好的市场应用及推广价值。

附图说明

图1表示实施例1所制得的多孔 MnO₂多级结构微纳米材料（上方）以及前驱体MnCO₃（下方）的X-射线衍射（XRD）图。

图2表示实施例1所制得的多孔MnO₂多级结构微纳米材料的低倍数扫描电子显微镜（SEM）照片。

图3表示实施例1所制得的多孔MnO₂多级结构微纳米材料的高倍数扫描电子显微镜（SEM）照片。

图4表示实施例1所制得的多孔MnO₂多级结构微纳米材料的氮气吸附/脱附曲线，插图为其孔径分布。

图5表示实施例2所制得的多孔MnO₂多级结构微纳米材料的扫描电子显微镜（SEM）照片。

图6表示实施例3所制得的多孔MnO₂多级结构微纳米材料的扫描电子显微镜（SEM）照片。

图7表示实施例4所制得的多孔MnO₂多级结构微纳米材料的扫描电子显微镜（SEM）照片。

图8表示实施例5所制得的多孔MnO₂多级结构微纳米材料的扫描电子显微镜（SEM）照片。