專利名稱：一種低溫制備二氧化錳納米棒的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無(wú)機(jī)材料的制備方法，具體是指一種二氧化錳(MnO2)納米棒的制備方法。
背景技術(shù)：
眾所周知，二氧化錳(MnO2)是一種常溫下非常穩(wěn)定的兩性氧化物。二氧化錳大量 用于煉鋼，并用于制玻璃，陶瓷，搪瓷以及干電池。近年來(lái)，研究發(fā)現(xiàn)二氧化錳具有極好的催 化和電化學(xué)特性?，F(xiàn)在二氧化錳廣泛用于有毒有機(jī)物催化和電容器制造工業(yè)。由于二氧化 錳納米棒具有更高的比表面積，更多的通道，在其應(yīng)用領(lǐng)域具有更好的性能。迄今用于制備 MnO2納米棒的方法主要有熱分解法，氣/固反應(yīng)法，溶膠凝膠法，水熱合成法和電化學(xué)法。這 些方法需要較高的溫度，且成本高，工藝復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種工藝簡(jiǎn)單，反應(yīng)溫度低的制備二氧化錳納米棒的方法。 本發(fā)明的制備二氧化錳納米棒的方法，采用恒溫水浴加熱法，步驟如下(1)先將四水氯化錳和高錳酸鉀混合均勻，其中四水氯化錳與摩爾高錳酸鉀的摩 爾比為2 4 1，再溶解到蒸餾水中，直至完全溶解；在此將混合物溶于蒸餾水中為一般 溶解即可，(2)再在持續(xù)攪拌的情況下，加入濃度為lM(mol/L)的HCl溶液進(jìn)行反應(yīng)，加入 HCl溶液的量與四水氯化錳和高錳酸鉀混合物的摩爾數(shù)比為1 2 1 ；(3)最后將混合反應(yīng)溶液放置于50 90°C的恒溫水浴箱中，保溫M小時(shí)以上，再 冷卻至室溫得沉淀物；(4)用去離子水多次離心清洗沉淀物至pH值為中性，室溫干燥，得到高純的二氧 化錳納米棒。作為優(yōu)選，上述制備二氧化錳納米棒的方法中恒溫水浴箱的溫度為60 80°C。作為優(yōu)選，上述制備二氧化錳納米棒的方法中反應(yīng)物在水中溶解之前用球磨機(jī)將 反應(yīng)物混合均勻。例如先將一定的四水氯化錳(MnCl2 ·4Η20)和一定的高錳酸鉀(KMnO4)混合均勻 后，再溶解到200毫升的蒸餾水中。MnCl2 ·4Η20與KMnO4的摩爾比為按上述比例配制。在 溶解過(guò)程中需要持續(xù)攪拌來(lái)加速反應(yīng)物的溶解速度。反應(yīng)物在水中完全溶解后，再在持續(xù) 攪拌的情況下，緩慢加入100毫升濃度為lM(mol/L)的HCl溶液來(lái)加速反應(yīng)物的反應(yīng)速度。 最后將混合溶液放置于50 90°C的恒溫水浴箱中，保溫至少M(fèi)小時(shí)后，冷卻至室溫。用去 離子水多次離心清洗沉淀物至PH值為中性，室溫干燥，得到高純的二氧化錳納米棒。有益效果本發(fā)明制備過(guò)程中，所用試劑均為商業(yè)產(chǎn)品，無(wú)需繁瑣制備，工藝簡(jiǎn)單 易操作，成本低，制得的產(chǎn)物純度高，可大批量生產(chǎn)。


圖1是用本發(fā)明方法制得的二氧化錳納米棒的X射線衍射(XRD)譜圖；圖2是用本發(fā)明方法制得的二氧化錳納米棒電鏡能譜(EDX)譜圖；圖3是用本發(fā)明方法制得的二氧化錳納米棒的透射電鏡(TEM)照片；圖4是用本發(fā)明方法制得的二氧化錳納米棒的高分辨透射電鏡(HRTEM)照片
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合實(shí)例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。實(shí)施例1將0. 06摩爾四水氯化錳(MnCl2 · 4H20), 0. 03摩爾高錳酸鉀(KMnO4)混合均勻后， 再溶解到200毫升的蒸餾水中。在溶解過(guò)程中需要持續(xù)攪拌來(lái)加速反應(yīng)物的溶解速度。反 應(yīng)物在水中完全溶解后，再在持續(xù)攪拌的情況下，緩慢加入100毫升濃度為IM的HCl溶液 來(lái)加速反應(yīng)物的反應(yīng)速度。最后將混合溶液放置于60°C的恒溫水浴箱中，保溫36小時(shí)后， 冷卻至室溫。用去離子水多次離心清洗沉淀物至PH值為中性，室溫干燥，得到黑色粉末狀 產(chǎn)物。樣品的XRD衍射譜圖(圖1所示)證實(shí)產(chǎn)物為正交晶系的Y-MnO2,所得的XRD圖譜 與參照的MnA標(biāo)準(zhǔn)衍射卡片(14-644)相符。圖2的EDX分析表明產(chǎn)物由Mn和0元素組 成。其中Mn和0的原子比例為1 1. 96，與標(biāo)準(zhǔn)的MnA中的Mn和0的原子比接近。其中 C元素來(lái)源于做掃描電鏡EDX分析所用的導(dǎo)電碳膠帶，與樣品成分無(wú)關(guān)。將樣品在透射電鏡 下觀察如圖3可以發(fā)現(xiàn)樣品由大量納米棒組成。圖4顯示的是單個(gè)納米棒的高分辨透射電 鏡照片。這個(gè)納米棒是直徑約為8納米，長(zhǎng)度約為20納米。結(jié)合圖1，圖2，圖3和圖4，該 產(chǎn)物確定為MM2納米棒。實(shí)施例2將0. 06摩爾四水氯化錳(MnCl2 · 4H20)，0. 02摩爾高錳酸鉀(KMnO4)混合均勻后， 再溶解到200毫升的蒸餾水中。在溶解過(guò)程中需要持續(xù)攪拌來(lái)加速反應(yīng)物的溶解速度。反 應(yīng)物在水中完全溶解后，再在持續(xù)攪拌的情況下，緩慢加入100毫升濃度為IM的HCl溶液 來(lái)加速反應(yīng)物的反應(yīng)速度。最后將混合溶液放置于80°C的恒溫水浴箱中，保溫M小時(shí)后， 冷卻至室溫。用去離子水多次離心清洗沉淀物至PH值為中性，室溫干燥，得到黑色粉末狀 產(chǎn)物。產(chǎn)物的形貌，結(jié)構(gòu)等均與實(shí)施例1相似。實(shí)施例3將0. 06摩爾四水氯化錳(MnCl2 ·4Η20) ,0.015摩爾高錳酸鉀(KMnO4)混合均勻后， 再溶解到200毫升的蒸餾水中。在溶解過(guò)程中需要持續(xù)攪拌來(lái)加速反應(yīng)物的溶解速度。反 應(yīng)物在水中完全溶解后，再在持續(xù)攪拌的情況下，緩慢加入100毫升濃度為IM的HCl溶液 來(lái)加速反應(yīng)物的反應(yīng)速度。最后將混合溶液放置于70°C的恒溫水浴箱中，保溫36小時(shí)后， 冷卻至室溫。用去離子水多次離心清洗沉淀物至PH值為中性，室溫干燥，得到黑色粉末狀 產(chǎn)物。產(chǎn)物的形貌，結(jié)構(gòu)等均與實(shí)施例1相似。實(shí)施例4將0. 06摩爾四水氯化錳(MnCl2 · 4H20)，0. 02摩爾高錳酸鉀(KMnO4)混合均勻后， 再溶解到200毫升的蒸餾水中。在溶解過(guò)程中需要持續(xù)攪拌來(lái)加速反應(yīng)物的溶解速度。反 應(yīng)物在水中完全溶解后，再在持續(xù)攪拌的情況下，緩慢加入100毫升濃度為IM的HCl溶液來(lái)加速反應(yīng)物的反應(yīng)速度。最后將混合溶液放置于80°C的恒溫水浴箱中，保溫48小時(shí)后， 冷卻至室溫。用去離子水多次離心清洗沉淀物至PH值為中性，室溫干燥，得到黑色粉末狀 產(chǎn)物。產(chǎn)物的形貌，結(jié)構(gòu)等均與實(shí)施例1相似。
權(quán)利要求
1.一種低溫制備二氧化錳納米棒的方法，其特征是步驟如下(1)先將四水氯化錳和高錳酸鉀混合均勻，其中四水氯化錳與摩爾高錳酸鉀的摩爾比 為2 4 1，再溶解到蒸餾水中，直至完全溶解；(2)再在持續(xù)攪拌的情況下，加入濃度為IM的HCl溶液進(jìn)行反應(yīng)，加入HCl溶液的量與 四水氯化錳和高錳酸鉀混合物的摩爾數(shù)比為1 2 1 ；(3)最后將混合反應(yīng)溶液放置于50 90°C的恒溫水浴箱中，保溫M小時(shí)以上，再冷卻 至室溫得沉淀物；(4)用去離子水多次離心清洗沉淀物至pH值為中性，室溫干燥，得到高純的二氧化錳 納米棒。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備二氧化錳納米棒的方法，其特征在于恒溫水浴箱的溫度 為 60 80°C。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備二氧化錳納米棒的方法，其特征是反應(yīng)物在水中溶解之 前用球磨機(jī)將反應(yīng)物混合均勻。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種無(wú)機(jī)材料的制備方法，指一種二氧化錳(MnO2)納米棒的制備方法。本發(fā)明是先將四水氯化錳和高錳酸鉀混合均勻，再溶解到蒸餾水中，直至完全溶解；再加入HCl溶液進(jìn)行反應(yīng)，然后將混合反應(yīng)溶液放置于恒溫水浴箱中保溫24小時(shí)以上，再冷卻至室溫得沉淀物；最后用去離子水多次離心清洗沉淀物至pH值為中性，室溫干燥，得到高純的二氧化錳納米棒。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是試劑均為商業(yè)產(chǎn)品，無(wú)需繁瑣制備，工藝簡(jiǎn)單易操作，成本低，制得的產(chǎn)物純度高，可大批量生產(chǎn)。
文檔編號(hào)C01G45/02GK102070196SQ20111002191
公開(kāi)日2011年5月25日 申請(qǐng)日期2011年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月18日
發(fā)明者唐為華, 朱暉文, 李培剛, 沈靜琴, 王順利, 雷鳴 申請(qǐng)人:浙江理工大學(xué)