專利名稱：一種具有空心圓錐體形貌的納米三氧化二錳的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及納米材料領(lǐng)域，尤其是一種空心納米圓錐體形貌的三氧化二錳的制備方法。
背景技術(shù)：
能源是人類社會生存和發(fā)展的重要基礎(chǔ)。近年來，隨著微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，作為后備電源的傳統(tǒng)電容器已難以滿足日益增長的儲能要求，為多功能的電子產(chǎn)品提供大功率后備電源越來越受到廣大電化學(xué)領(lǐng)域工作者的關(guān)注。鋰離子電池以及超級電容器作為當(dāng)今最熱門的儲能元件，它們的性能主要取決于所用的電極材料。電極材料的好壞直接影響儲能性。因此制備具有高電容量的新材料或改進(jìn)現(xiàn)有電極材料的性能是目前最重要的研究方向。在眾多電極材料中，氧化錳具有高的理論電容量、寬的電勢窗口以及價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，并且適合于中性電解質(zhì)，避免了強(qiáng)酸強(qiáng)堿電解質(zhì)對集流體、電容器外殼等的腐蝕，從而使得氧化錳基超級電容器的組裝和使用更綠色、更安全、更方便，因而受到了科研工作者的廣泛關(guān)注，作為能源設(shè)備電極材料的應(yīng)用前景非?？捎^。氧化錳的形貌在很大程度上影響它的電化學(xué)性能。目前，氧化錳電極材料的報(bào)道已涉及多種形貌，如文獻(xiàn)(Jiang Hao,Zhao Ting，Yan Chaoy1.Hydrothermal synthesis of novel Mn3O4 nano-octahedronswith enhance d supercapacitors performances.NANOSCALE, 2010，2(10):2195-2198.)采用水熱法合成了四氧化三錳八面體結(jié)構(gòu)應(yīng)用于超級電容器電極材料，這種特殊的結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能；文獻(xiàn)(Yuanfu Deng, Zhanen L1.Porous Mn2O3 microphereas a superior anode material for lithium ion batteries.RSC Advances,2012,2:4645-4647.)成功制備了 Mn2O3多孔微球并將其作為鋰離子電池負(fù)極材料，表現(xiàn)出良好的電化學(xué)性能。但是，上述文獻(xiàn)中報(bào)道的氧化錳空心結(jié)構(gòu)主要依賴于硬模板法。到目前為止，有關(guān)空心圓錐體結(jié)構(gòu)的氧化錳還未見報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是公開一種空心納米圓錐體結(jié)構(gòu)的Mn2O3的制備方法，以克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種成本低廉、操作簡單，無需復(fù)雜設(shè)備的Mn2O3空心納米圓錐體的制備方法。具體技術(shù)方案如下:
一種具有空心圓錐體形貌的納米三氧化二錳的制備方法，包括如下步驟:將P123 (全稱:聚環(huán)氧乙烷-聚環(huán)氧丙烷-聚環(huán)氧乙烷三嵌段共聚物)和硝酸錳溶解在水溶液中，然后加入碳粉超聲分散，再加入高錳酸鉀攪拌均勻，在100 160°C下水熱反應(yīng)2 12h后，冷卻至室溫，收集反應(yīng)產(chǎn)物，在空氣氣氛中50 80°C下干燥4 8h，然后在500 600°C下焙燒2 6h，即可得到所述具有空心圓錐體形貌的納米三氧化二錳。其中，P123與碳粉的重量比為1:1 5:1，碳粉與高錳酸鉀的重量比為1:8 2:3 ;硝酸錳在水溶液中的摩爾濃度為0.2mol/L 0.6mol/L,高錳酸鉀和硝酸錳的摩爾比為1:1~2:1。所述碳粉為碳納米管或活性炭。所述硝酸錳為四水硝酸錳。所述空心圓錐體的空腔直徑為60 lOOnm、壁厚為20 30nm。本發(fā)明的制備方法反應(yīng)過程簡單，易控制。該三氧化二錳結(jié)構(gòu)新穎，在能量儲存、催化等領(lǐng)域有良好的應(yīng)用前景。


圖1是MnO2空心納米圓錐體/CNTs復(fù)合材料的掃描電鏡照片；
圖2是產(chǎn)物具有空心圓錐體形貌的納米Mn2O3的透射電鏡照片；
圖3是產(chǎn)物具有空心圓錐體形貌的納米Mn2O3的XRD曲線。
具體實(shí)施例方式下面對本發(fā)明的實(shí)施例做詳細(xì)說明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。實(shí)施例1
將0.1g P123溶于30ml去 離子水中，然后加入30mg碳納米管，超聲分散后加入4ml
0.2mol/L硝酸錳溶液，攪拌， 超聲分散2h，再向溶液中滴加IOml 0.lmol/L的高錳酸鉀溶液，隨后將混合溶液轉(zhuǎn)移至50ml水熱爸中，在130°C的溫度下水熱反應(yīng)6h,最后冷卻至室溫，抽濾、洗滌，60°C干燥6h。得到的是均勻摻雜的二氧化錳空心納米圓錐體/碳納米管復(fù)合材料(掃描電鏡照片如圖1所示)，將產(chǎn)物轉(zhuǎn)移至管式爐中，在550°C的空氣條件下焙燒4h。得到的是高純度的具有空心圓錐體形貌的納米Mn2O3，透射電鏡照片如圖2所示，XRD曲線如圖3所示。實(shí)施例2
將0.1g P123溶于30ml去離子水中，然后加入60mg碳納米管，超聲分散后加入Iml
0.6mol/L硝酸錳溶液，攪拌，超聲分散2h，再向溶液中滴加IOml濃度為0.lmol/L的高錳酸鉀溶液，隨后將混合溶液轉(zhuǎn)移至50ml水熱釜中，在120°C的溫度下水熱反應(yīng)5h，最后冷卻至室溫，抽濾、洗滌，60°C干燥6h。得到的是均勻摻雜的二氧化錳空心納米圓錐體/碳納米管復(fù)合材料，將產(chǎn)物轉(zhuǎn)移至管式爐中，在550°C的空氣條件下焙燒6h。得到的是高純度的具有空心圓錐體形貌的納米Μη203。實(shí)施例3
將0.1g P123溶于30ml去離子水中，然后加入30mg活性炭，超聲分散后加入1.5ml
0.5mol/L硝酸錳溶液，攪拌，超聲分散2h，再向溶液中滴加IOml 0.lmol/L的高錳酸鉀溶液，隨后將混合溶液轉(zhuǎn)移至50ml水熱爸中，在120°C的溫度下水熱反應(yīng)6h,最后冷卻至室溫，抽濾、洗滌，60°C干燥6h。得到的是均勻摻雜的二氧化錳空心納米圓錐體/活性炭復(fù)合材料，將產(chǎn)物轉(zhuǎn)移至管式爐中，在550°C的空氣條件下焙燒2h。得到的是高純度的具有空心圓錐體形貌的納米Mn2O3。
權(quán)利要求
1.一種具有空心圓錐體形貌的納米三氧化二錳的制備方法，其特征在于，包括如下步驟:將P123和硝酸錳溶解在水溶液中，然后加入碳粉超聲分散，再加入高錳酸鉀攪拌均勻，在100 160°C下水熱反應(yīng)2 12h后，冷卻至室溫，收集反應(yīng)產(chǎn)物，在空氣氣氛中50 80°C下干燥4 8h，然后在500 600°C下焙燒2 6h，即可得到所述具有空心圓錐體形貌的納米二氧化二猛。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，其中，P123與碳粉的重量比為1:1 5:1，碳粉與高錳酸鉀的重量比為1:8 2:3 ;硝酸錳在水溶液中的摩爾濃度為0.2mol/L 0.6mol/L，高錳酸鉀和硝酸錳的摩爾比為1:1 2:1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述碳粉為碳納米管或活性炭。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述硝酸錳為四水硝酸錳。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述空心圓錐體的空腔直徑為60 lOOnm、壁厚為 20 30nm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有空心圓錐體形貌的三氧化二錳納米結(jié)構(gòu)及其制備方法，所述空心圓錐體空腔直徑60～100nm，壁厚20～30nm。制備方法如下以三嵌段共聚物PEO-PPO-PEO(P123)為結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑，將其溶解到水溶液中，然后加入共還原劑碳粉和硝酸錳，分散混合后加入高錳酸鉀攪拌一段時(shí)間，然后在一定溫度下進(jìn)行水熱處理，洗凈后即可得到二氧化錳空心圓錐體/碳復(fù)合材料。隨后將其在550℃空氣中焙燒一段時(shí)間，得到高純度的三氧化二錳空心納米圓錐體。本發(fā)明的制備方法反應(yīng)過程簡單，易控制。該三氧化二錳結(jié)構(gòu)新穎，在能量儲存、催化等領(lǐng)域有良好的應(yīng)用前景。
文檔編號C01G45/02GK103121725SQ20131009646
公開日2013年5月29日 申請日期2013年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月25日
發(fā)明者江浩, 李春忠, 戴義輝, 陳維納 申請人:華東理工大學(xué)