專利名稱：α－MnO的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及二氧化錳納米棒的制備技術(shù)，具體地說(shuō)是一種小直徑α-MnO2單晶納米棒的制備方法。
背景技術(shù)：
由于納米材料本身所具有的量子尺寸效應(yīng)，表面效應(yīng)及量子隧道效應(yīng)等，在電、磁、聲、光、傳感和催化等方面都展現(xiàn)出許多常規(guī)材料所不具備的特殊的性質(zhì)。因此，受到人們的廣泛的關(guān)注。
氧化錳由于具有離子交換、分子吸附、催化、電化學(xué)和磁學(xué)等優(yōu)良特性，被廣泛的應(yīng)用于催化劑，分子篩和超級(jí)電容器。此外，它具有成本低，能量適中，環(huán)境友好的特性，作為L(zhǎng)i/MnO2電池中的電極材料。而且，二氧化錳價(jià)格低廉，資源豐富，具有很大的應(yīng)用前景和價(jià)值。
氧化錳的特性不僅和錳的價(jià)態(tài)有關(guān)，還取決于二氧化錳的形態(tài)結(jié)構(gòu)。因此，科研人員用不同的方法制備了不同形態(tài)的二氧化錳納米結(jié)構(gòu)。如MnO2納米顆粒，α-、β-、γ-、δ-MnO2納米線和納米棒。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種操作相對(duì)簡(jiǎn)單的制備α-MnO2單晶納米棒的方法，工藝簡(jiǎn)單，不需要復(fù)雜而昂貴的設(shè)備，反應(yīng)易于控制。所制備的α-MnO2單晶納米棒的直徑較小，可達(dá)到4nm。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是采用硫酸溶液中加入高錳酸鉀，在加熱的條件下使硫酸和高錳酸鉀反應(yīng)，待反應(yīng)結(jié)束后，自然冷卻，而后，加入去離子水沖洗干凈并干燥。其中硫酸溶液的濃度為0.1mol/l到3mol/l；反應(yīng)溫度為70-95℃。二氧化錳納米棒的直徑可通過(guò)調(diào)節(jié)硫酸溶液的濃度、高錳酸鉀的加入量和溫度等工藝參數(shù)得到控制。
本發(fā)明高錳酸鉀加入量較佳為每100毫升的硫酸溶液加入高錳酸鉀0.5～4g。本發(fā)明硫酸溶液的濃度較佳為1～3M。
與其它方法制備二氧化錳納米棒相比，本發(fā)明更具有如下有益效果1、工藝簡(jiǎn)單。本發(fā)明采用僅在硫酸溶液中加入高錳酸鉀，再在加熱的條件下制備出直徑較小且均勻α-MnO2單晶納米棒，所需要的化學(xué)藥品種類少，反應(yīng)簡(jiǎn)單易于控制，不需要昂貴的設(shè)備，操作方便、工藝簡(jiǎn)單。
2、二氧化錳納米棒的直徑小，長(zhǎng)度短且比較均勻。二氧化錳納米棒的直徑范圍為5-20nm，長(zhǎng)度范圍為80-300nm。
3、納米棒比表面積高達(dá)165.8m2/g。
4、二氧化錳納米棒是α-MnO2單晶。
5、具有廣闊的應(yīng)用前景。本發(fā)明可用于催化劑，離子篩、鋅錳電池和鋰離子電池中的電極材料等。


圖1a為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例1的二氧化錳納米棒的透射電鏡照片。
圖1b為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例1的二氧化錳納米棒[110]面的高分辨電鏡照片。
圖1c為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例1的二氧化錳納米棒的X光衍射圖譜(XRD)。
圖1d為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例1的二氧化錳納米棒的電子能量損失譜(EDS)。
圖2為本發(fā)明實(shí)施例2二氧化錳納米棒的透射電鏡照片。
圖3a為本發(fā)明實(shí)施例3二氧化錳納米棒的掃描電鏡照片。
圖3b為本發(fā)明實(shí)施例3二氧化錳納米棒的高倍掃描電鏡照片。
圖3c為本發(fā)明實(shí)施例3二氧化錳納米棒的透射電鏡照片。
圖3d為本發(fā)明實(shí)施例3二氧化錳納米棒的吸附等溫線。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1采用硫酸溶液中加入高錳酸鉀，硫酸溶液的濃度為3mol/l；每100毫升的硫酸溶液加入高錳酸鉀2g；在加熱的條件下使硫酸和高錳酸鉀反應(yīng)，反應(yīng)溫度為70℃。待反應(yīng)結(jié)束后，自然冷卻，而后，加入去離子水洗干凈并干燥。二氧化錳納米棒的直徑約為20nm，長(zhǎng)度范圍為80-150nm。如圖1a所示二氧化錳納米棒的透射電鏡照片。如圖1b～圖1c所示，經(jīng)過(guò)X射線衍射(XRD)和高分辨電鏡分析，所得到二氧化錳是α-MnO2單晶。如圖1d所示，電子能量損失譜(EDS)表明產(chǎn)物主要元素是氧和錳。
實(shí)施例2
與實(shí)施例1不同之處在于采用硫酸溶液中加入高錳酸鉀，硫酸溶液的濃度為2mol/l；每100毫升的硫酸溶液加入高錳酸鉀1.5g；在加熱的條件下使硫酸和高錳酸鉀反應(yīng)，反應(yīng)溫度為80℃。待反應(yīng)結(jié)束后，自然冷卻，而后，加入去離子水洗干凈并干燥。二氧化錳納米棒的直徑約為8nm，長(zhǎng)度范圍為150-200nm，如圖2所示二氧化錳納米棒的透射電鏡照片。
實(shí)施例3與實(shí)施例1不同之處在于采用硫酸溶液中加入高錳酸鉀，硫酸溶液的濃度為1mol/l；每100毫升的硫酸溶液加入高錳酸鉀2.5g；在加熱的條件下使其反應(yīng)，反應(yīng)溫度為90℃。待反應(yīng)結(jié)束后，自然冷卻，而后，加入去離子水洗干凈并干燥。如圖3a～圖3b所示，掃描電鏡表明二氧化錳納米棒聚集成1-2μm的顆粒，掃描電鏡表明二氧化錳納米棒的直徑約為4nm。如圖3c所示二氧化錳納米棒的透射電鏡照片。如圖3d所示二氧化錳納米棒的氮吸附等溫線，從圖中可以看出二氧化錳納米棒具有較大的外比表面積和較強(qiáng)的毛細(xì)凝聚現(xiàn)象。這是由于二氧化錳納米棒直徑小并聚集成團(tuán)的原因。這種小直徑的二氧化錳納米棒的比表面積高達(dá)165.8m2/g。
權(quán)利要求
1.一種α-MnO2單晶納米棒的制備方法，其特征在于采用在硫酸溶液中加入高錳酸鉀，再在加熱的條件下使硫酸和高錳酸鉀反應(yīng)，待反應(yīng)結(jié)束后，自然冷卻，制備出直徑較小且均勻的α-MnO2單晶納米棒。
2.按照權(quán)利要求1所述α-MnO2單晶納米棒的制備方法，其特征在于所述反應(yīng)溫度為70-95℃。
3.按照權(quán)利要求1所述α-MnO2單晶納米棒的制備方法，其特征在于所述硫酸溶液的濃度為0.1mol/l到3mol/l。
4.按照權(quán)利要求1所述α-MnO2單晶納米棒的制備方法，其特征在于所得納米棒加入去離子水沖洗干凈并干燥。
全文摘要
本發(fā)明涉及二氧化錳納米棒的制備技術(shù)，具體地說(shuō)是一種小直徑α－MnO
文檔編號(hào)C01G45/02GK1715460SQ200410020888
公開(kāi)日2006年1月4日 申請(qǐng)日期2004年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月2日
發(fā)明者成會(huì)明, 陳永, 劉暢 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院金屬研究所