[发明专利]一种溶剂热制备碱式氧化锰纳米线的方法

说明书

技术领域

 本发明属于无机纳米材料制备技术领域，具体涉及一种溶剂热制备碱式氧化锰纳米线的方法。

背景技术

碱式氧化锰(III)，即MnO(OH)，可读作氢氧化氧锰，通常为锌锰干电池里二氧化锰吸氢后得到电子被还原而成的电极反应生成物。碱式氧化锰在常温常压下为固体黑色粉末，是一种非常重要的固体物质，经氧化或还原可制成电子工业生产锰锌铁氧体软磁材料的重要原料。它在离子交换材料、电致变色材料、电化学材料及催化材料方面也有着非常广泛的应用。

近年来，有关纳米功能材料的研究发现，功能材料的微结构如粒径尺寸及分布、晶体形貌、表面键性、结晶性、颗粒分散性等对器件的光、电、催化性能及材料的机械加工性能有很大影响。采用简便易工业化的合成方法制备颗粒细小、分散度高、尺寸均匀、形貌均一的纳米粉体，是制备高性能材料的前提。为了满足人们对高性能材料需求，制备功能材料超微粉体的新工艺不断涌现。目前，制备MnO(OH)的方法主要有溶胶-凝胶法、模板法、弱磁场下低温中和法、水热-电化学法、反相胶束法、臭氧氧化法等多种, 而最主要的合成方法为水热法, 如以聚乙二醇为还原剂制备多枝状的MnOOH，通过加入十六烷基三甲基溴化铵表面活性剂制备四方柱MnOOH纳米棒，以甲苯为还原剂制备MnOOH 纳米线，以牺牲MnO₂模板法制备MnOOH纳米管等。但是该方法需要加入表面活性剂或模板剂或一些难挥发且有毒性的溶剂，制备方法较复杂，环境不友好。

 

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中存在的上述缺陷，提供一种制备方法简单、环境友好、产物纯度高、颗粒细小且分布均匀、形貌单一、分散性好的碱式氧化锰纳米线的溶剂热合成方法。

    本发明方法包括如下顺序的步骤：

（1）首先，将浓度为0.5 ~ 2.0 mol/L硫酸锰水溶液和浓度为0.5 ~ 2.0 mol/L高锰酸钾水溶液混合得混合液, 其中硫酸锰与高锰酸钾的摩尔比范围为1:3 ~ 4:1；

（2）在步骤（1）所得混合液中加入正丁醇水溶液，正丁醇水溶液中正丁醇与水的体积比为1:2 ~ 2:1；

（3）将步骤（2）所得混合液搅拌至混合均匀，在温度为120 ~ 220℃条件下溶剂热反应6 ~ 24 h，得碱式氧化锰纳米线；

其中，所述硫酸锰在混合后的溶液中的摩尔浓度为0.1~0.5 mol/L，高锰酸钾在混合后的溶液中的摩尔浓度为0.3~1.0 mol/L。

更进一步，步骤（2）所述正丁醇水溶液中正丁醇与水的体积比例优选为1:2 ~ 1:1。

步骤（3）所述溶剂热反应的温度优选为160~200℃。

所述溶剂热反应是在带有聚四氟乙烯内衬的高压釜中进行。

本发明采用溶剂热法，通过加入有机溶剂，得到产物纯度高、颗粒细小且分布均匀、形貌单一、分散性好的碱式氧化锰，而无需加入任何表面活性剂或模板剂作用，在简便易行的操作条件下得到了碱式氧化锰纳米线。所得碱式氧化锰纳米线尺寸均匀，线长达数微米，直径约为50 nm，其颗粒大小可通过反应条件来控制。本发明具有绿色经济、环境友好、低温、不需煅烧可在溶液中直接得到产物等优点，并且适用于工业化生产。

附图说明

图1为本发明实施例1至实施例5所制备的碱式氧化锰纳米线的XRD图。

图2为本发明实施例3所制备的碱式氧化锰纳米线的扫描电镜照片（JEOL 2010型高分辨透射电镜扫描仪，200 kV）。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的描述。

实施例1：

将2 ml 0.5 mol/L硫酸锰溶液和4 ml 0.5 mol/L高锰酸钾溶液混合, 加入到4 ml体积比为1:1的正丁醇水溶液中，使硫酸锰与高锰酸钾在混合后溶液中的摩尔比例为1:2，搅拌均匀。将混合液转移至带有聚四氟乙烯内衬的高压釜中，在温度为140℃条件下溶剂热反应6 h，即可得碱式氧化锰纳米线。如图1中曲线1所示，产物所有衍射峰都能与底部的MnO(OH)的标准峰（JCPDS No. 41-1379）相对应。根据谢乐公式                                               ，可以估算在022取向上的尺寸D为46 nm。

实施例2：