[发明专利]锰氧化物一维纳米线的制备方法

说明书

本发明涉及一种锰氧化物一维纳米线的制备方法，包括以下步骤：将还原剂、氧化剂和咪唑类离子液体溶于水中，然后在90‑200℃下进行水热反应，分离出固体，固体即为锰氧化物粗产品；其中，还原剂为硫酸锰，氧化剂为高锰酸钾或过硫酸盐；优选地，在90‑160℃下进行水热反应；将锰氧化物粗产品在空气中焙烧，焙烧温度为300‑450℃，得到锰氧化物一维纳米线，其中锰氧化物为二氧化锰或三氧化二锰，二氧化锰的晶型为α晶型、β晶型或γ晶型。本发明的方法简单易操作，原料成本低，适用于工业成产，可制备出具有高长径比的锰氧化物一维纳米线。

技术领域

本发明涉及纳米材料制备技术领域，尤其涉及一种锰氧化物一维纳米线的制备方法。

背景技术

锰氧化物由于其优异的催化氧化性能、锂电性能等，成为一种被广泛应用功能材料。目前对于锰氧化物微观形态的研究主要集中在一维二氧化锰纳米线材料的制备上。制备二氧化锰纳米线包括两大方法：水热法和溶胶凝胶法。其中采用水热法制备二氧化锰一维纳米线材料具有粒子纯度高、分散性好等优点且生产成本低。二氧化锰的微观结构是由边或角共享的MnO₆单元组成的，不同组合方式决定了二氧化锰的不同晶型，如α-MnO₂、β-MnO₂和γ-MnO₂等。不同晶型的二氧化锰具有不同尺寸的孔道结构，例如α-MnO₂的2×2孔道结构，β-MnO₂的1×1孔道结构，而这些孔道结构的不同尺寸不仅决定了二氧化锰的比表面积大小也决定了孔道结构中不同阳离子的存在。这些原因决定了不同晶型二氧化锰的催化氧化活性不尽相同。综上所述，如何用水热法大量制备一维锰氧化物纳米材料是具有现实意义的课题。

中国发明专利CN101698512A以高锰酸钾和盐酸为原料，采用微波水热法，反应温度105-145℃，反应时间为0.5-2小时，分别制备出花瓣形貌的δ-MnO₂纳米材料和α-MnO₂纳米管。中国发明专利CN101928040A以溴酸钾与硫酸锰为原料，采用微波水热法，反应温度70-100℃，反应时间0.5-10小时，制备出γ-MnO₂微米球。但是，操作比较复杂，成本较高，难以规模化制备。中国发明专利CN102030371A以高锰酸钾、还原醇和用作pH值调节剂的无机酸为原料，通过对得到的二氧化锰干凝胶进行灼烧合成α-MnO₂纳米线。但是，此过程操作复杂，α-MnO₂的长径比不够高，原材料利用率低。中国发明专利CN106348346A通过控制导电聚合物与锰盐的质量比、微波功率和微波加热时间合成了二氧化锰纳米线。制备产率较低，操作方法相对复杂。

总之，目前制备锰氧化物一维纳米线材料存在操作比较复杂，成本较高的缺点，且难以获得高长径比的锰氧化物，对于广谱性大长径比锰氧化物制备的技术较为欠缺。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种锰氧化物一维纳米线的制备方法，该方法工艺简单，成本低，易于控制产物晶型，所制备的锰氧化物一维纳米线具有高长径比。

本发明的一种锰氧化物一维纳米线的制备方法，包括以下步骤：

(1)将还原剂、氧化剂和咪唑类离子液体溶于水中，然后在90-200℃下进行水热反应，分离出固体，固体即为锰氧化物粗产品；其中，还原剂为硫酸锰，氧化剂为高锰酸钾或过硫酸盐；优选地，在90-160℃下进行水热反应；

(2)将锰氧化物粗产品在空气中焙烧，焙烧温度为300-450℃，得到锰氧化物一维纳米线，其中锰氧化物为二氧化锰或三氧化二锰，二氧化锰的晶型为α晶型、β晶型或γ晶型。

进一步地，在步骤(1)中，过硫酸盐为廉价的常用水溶性氧化剂，优选为过硫酸铵和/或过硫酸钾。

进一步地，在步骤(1)中，还原剂和氧化剂的摩尔比为1-3:1-2。优选地，还原剂和氧化剂的摩尔比为1:2、3:2或1:1。