[发明专利]一种蛋黄型二氧化锰微球的制备方法及用途

说明书

本发明公开一种蛋黄型二氧化锰微球的制备方法及用途，其制备方法为：1）机械搅拌条件下，将碳酸氢铵水溶液加入到硫酸锰乙醇水溶液中，持续搅拌至反应结束，反应液经离心分离，去除上层浑浊液后得到下层固体，下层固体经去离子水洗、干燥制得碳酸锰粉末；2）碳酸锰粉末均匀分散于水中，机械搅拌条件下，滴加入高锰酸钾溶液反应后，制得二氧化锰分散液；3）二氧化锰分散液中滴入酸性溶液至溶液体系显强酸性，至二氧化锰分散液中的碳酸锰反应完全；离心出反应液中的二氧化锰，二氧化锰经水洗离心、干燥，制得蛋黄型二氧化锰微球。该制备方法工艺简单，条件温和，易于操作。

技术领域

本发明涉及无机材料合成技术领域，具体涉及一种蛋黄型二氧化锰微球的制备方法及用途。

背景技术

二氧化锰（MnO₂）由于其结构灵活性和新颖的化学和物理性质，在实际应用中具有相当重要的意义，包括离子交换，分子吸附，催化和电化学超级电容器。为了满足具体应用对二氧化锰形貌的需求，到现在为止，不同形貌的二氧化锰（球型、纳米棒型、纳米管 、纳米线型、海胆型、兰花型以及多孔型等）都被有不同的方法合成出来。但是这些方法都比较复杂，且大多采有牺牲模板法来制备。不管是采用软膜板法还是硬膜板法，在去除模板的时候都可能会破坏二氧化锰的结构，甚至引入杂质。这些都有可能影响后续二氧化锰性能发挥。

在各种能量存储装置中，由于超级电容器功率密度高、循环稳定性好、充电/放电速率快和循环寿命长的特点，被认为是最具潜力的候选者。根据电荷储存方式可分为双电层电容器和赝电容器。与双电层电容器相比，赝电容器是基于在活性材料表面上发生的快速和可逆的法拉第反应来储存电荷的，使得它们能够实现比双电层电容器更高的比电容和能量密度。我们知道，电极对超级电容器的电化学性能，如能量密度和循环寿命有很大的影响。为了进一步提高材料的能量密度，已经有许多在快速的法拉第反应过程中保持稳定的氧化还原反应和多电子转移引起的高比电容的赝电容材料被开发出来。其中二氧化锰由于成本低、资源丰富、化学稳定、合成方便、电位宽和理论比电容高等优势，被认为是最具潜力的赝电容材料之一。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种蛋黄型二氧化锰微球的制备方法，该制备方法相对于现有的模板法具有合成步骤简单、成本低廉、安全环保等特点，可实现大规模商业化生产。

其技术方案如下：一种蛋黄型二氧化锰微球的制备方法，包括以下步骤：

（1）机械搅拌条件下，将碳酸氢铵水溶液加入到硫酸锰乙醇水溶液中，持续搅拌至反应结束，反应液经离心分离，去除上层浑浊液后得到下层固体，下层固体经去离子水洗3次后、干燥制得碳酸锰粉末；

（2）将步骤（1）得到的碳酸锰粉末均匀分散于水中，机械搅拌条件下，滴加入高锰酸钾溶液反应2-10小时后，制得二氧化锰分散液；

（3）在步骤（2）制得的二氧化锰分散液中滴入酸性溶液至溶液体系显强酸性，至二氧化锰分散液中的碳酸锰反应完全；离心出反应液中的二氧化锰，二氧化锰经水洗离心6-10次、再经干燥，制得蛋黄型二氧化锰微球。

作为优选的，所述高锰酸钾溶液与碳酸锰水溶液的反应时间为2-8小时；再进一步优化的，所述高锰酸钾溶液与碳酸锰水溶液的反应时间为3-6小时。

作为优选的，步骤（1）所述碳酸氢铵水溶液加入到硫酸锰乙醇水溶液的时间≤3秒；步骤（2）所述碳酸锰粉末水溶液与高锰酸钾溶液的反应时间为2-10小时。

作为优选的，所述碳酸氢铵水溶液的浓度为 15-50 mg/mL；所述硫酸锰乙醇水溶液的浓度为4-50 mg/mL。

再作为优选的，所述碳酸氢铵水溶液的浓度为 15-40 mg/mL；再进一步优选，所述碳酸氢铵水溶液的浓度为 20-30 mg/mL。