[发明专利]一种二氧化锰/氧化锰/四氧化三钴/碳复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种二氧化锰/氧化锰/四氧化三钴/碳复合材料及其制备方法，所述的二氧化锰/氧化锰/四氧化三钴/碳复合材料具有核壳结构，其中核为二氧化锰材料，壳为氧化锰/四氧化三钴/碳材料，其复合材料中的锰元素具有混合价态，在一定程度上比只有一种价态的过渡金属氧化物的导电性要高，且性能有所提升，即具有协同作用。本发明通过一步法制备二氧化锰/氧化锰/四氧化三钴/碳复合材料，操作简便；同时避免了高温对复合材料形貌以及性能产生的负面影响；碳源能够增加复合材料的整体导电性和稳定性，并且保证反应中只是部分还原二氧化锰；复合材料中还添加了钴盐，可以发挥钴盐的电学优势提高整体复合材料的综合性能。

技术领域

本发明涉及纳米复合材料技术领域，更具体地，涉及一种二氧化锰/氧化锰/四氧化三钴/碳复合材料及其制备方法。

背景技术

锰氧化物是能源、催化、电子、电化学、磁性、陶瓷等领域中具有重大应用潜力的一种重要的无机功能材料，它具有较高的比表面积、较强的吸附性能、较好的氧化还原能力、较好的电化学性能、成本低、无毒等优点。锰有多种价态，不同价态的氧化锰具有不同的形态结构，会影响锰氧化物的性能。在复合材料中，由于锰元素多价态的存在，导致锰氧化物的原子排列形式多样，在一定程度上比只有一种价态的锰氧化物的导电性要高，引起了研究者的极大关注。

四氧化三钴热稳定好、比容量高，常用作电极材料。四氧化三钴对环境友好、价格廉价、理论电容值高、易于控制形貌，从而在陶瓷、催化剂、超级电容器、锂离子电池、传感器、磁性材料、医学领域等诸多领域有广泛的应用。二氧化锰和四氧化三钴复合，可以提高复合材料的电学性能。

随着现代社会的快速发展，单一纳米材料本身的局限性已经不能满足当代的需求，在实际应用时通常采用二元或三元的纳米复合材料体系，使得各种材料在性能上互补，产生协同效应，得到具有优越的综合性能的复合材料。但现有技术制备过程步骤多、操作繁琐，并且复合材料中的元素只有单一价态。

中国专利CN105084422A公开了一类三维多级结构四氧化三钴/碳/二氧化锰复合微纳米材料及其原位可控制备方法，提供了一种工艺简单、可操作性强、成本低廉、绿色环保、适用范围广、具有三维多级结构的四氧化三钴/二氧化锰及四氧化三钴/碳/二氧化锰复合微纳米材料原位可控制备方法，解决了传统纳米粉体应用于器件时需通过特定工艺步骤及繁琐处理过程转移并固定至基底上、与基底结合不牢固、重复性差、电子传输性差等问题。但是该方法的制备步骤多、操作繁琐，制备所得复合材料中的锰元素是单一价态。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有制备的复合材料的步骤多、操作繁琐、制备所得复合材料中的锰元素是单一价态的缺陷和不足，提供一种二氧化锰/氧化锰/四氧化三钴/碳复合材料，所述复合材料中的锰元素具有混合价态，其制备方法操作简便。

本发明的另一目的在于提供一种二氧化锰/氧化锰/四氧化三钴/碳复合材料的制备方法。

本发明上述目的通过以下技术方案实现：

一种二氧化锰/氧化锰/四氧化三钴/碳复合材料具有核壳结构，其中核为二氧化锰材料，壳为氧化锰/四氧化三钴/碳材料。

二氧化锰/氧化锰/四氧化三钴/碳复合材料为核壳结构，其中核为二氧化锰材料，壳为氧化锰/四氧化三钴/碳材料，这一结构有利于保持复合材料的整体稳定和维持一定的刚性，结构不容易被破坏。二氧化锰/氧化锰/四氧化三钴/碳复合材料中的锰元素具有混合价态，含混合价态的过渡金属氧化物，在一定程度上比只有一种价态的过渡金属氧化物的导电性要高，且性能有所提升，即具有协同作用。

本发明还保护上述二氧化锰/氧化锰/四氧化三钴/碳复合材料的制备方法，所述制备方法还包括如下步骤：

将物质的量之比为1：2.1～6.2：0.39～1.2：5.4～16的高锰酸钾、二氧化锰、钴盐和碳源，加水混匀，密封状态下在140～200℃反应6～18h，收集反应后的溶液，得到复合材料。