[发明专利]一种含银的纳米二氧化锰单颗粒及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种含银的纳米二氧化锰单颗粒及其制备方法。

背景技术

超级电容器是一种新型储能装置，该装置的性能介于双电层电容器和电池之间，具有充放电速率快、比容量大、循环寿命常等优点。由于氧化钌等过渡金属氧化物高昂的成本，发展低成本、高性能的活性材料用于超级电容器成为人们努力的方向。二氧化锰是地球资源比较丰富的物质，它具有价格低、环境友好、电容量高等优点而被人们广泛研究。

由于二氧化锰是一种半导体物质，其导电性不高，因此，在超级电容器中，其电容量收到限制（100-200F/g）。为了提高二氧化锰的电容量，合成具有大量孔结构的二氧化锰、提高比表面积、改善粒子的团聚状况及改善二氧化锰的导电性是提高二氧化锰作为超级电容器活性材料的研究方向。

湘潭大学（一种纳米二氧化锰的制备方法 申请号200910304513.0）提出利用弱还原剂来还原高锰酸钾制备具有纳米级别的二氧化锰，用于防止局部纳米颗粒的团聚，但所得的纳米二氧化锰的导电性差。

发明内容

本发明的目的之一是为了提高二氧化锰粒子的分散性、获得多孔二氧化锰、改善二氧化锰的导电性，进而提高二氧化锰作为超级电容器材料的电化学性能而提供一种含银的纳米二氧化锰单颗粒。

本发明的目的之二在于提供上述的一种含银的纳米二氧化锰单颗粒的制备方法。

本发明的技术方案

一种含银的纳米二氧化锰单颗粒，其形状为多孔的球形或类球形，按摩尔比计算，银：锰为3-15atm%，其粒径为100-500nm，孔径为3-10nm，孔体积为0.3-0.6cm³/g，优选为0.33-0.53 cm³/g。

上述的一种含银的纳米二氧化锰单颗粒的制备方法，具体步骤如下：

按锰与银的摩尔比计算，即银：锰为1：3-15的比例将二价锰盐与经盐酸酸化的硝酸银溶液混合形成体系A；

搅拌转速为300-500r/min的状态下，控制滴加速率为1-200ml/min将摩尔浓度为0.001-0.01mol/L的高锰酸钾水溶液滴加到体系A中，滴加完毕后，继续控制搅拌转速为300-500r/min搅拌反应1-24h，反应结束后，将得到的棕色固体用浓氨水洗涤2-3次，最后用去离子水洗涤2-3次后，控制温度为90-110℃烘干，即得分散性好的二氧化锰颗粒；

所述的二价锰盐为氯化锰、硫酸锰或硝酸锰；

所述的盐酸酸化的硝酸银溶液，用盐酸调整后，pH为1.5-6、浓度为0.001-0.01mol/L的硝酸银溶液；

所述的浓度为0.001-0.01mol/L的高锰酸钾水溶液的加入量跟二价锰离子的总量有关，控制高锰酸钾中的七价锰与二价锰盐中的二价锰的摩尔比为2:3。

本发明的一种含银的纳米二氧化锰单颗粒具有分散性好，含有大量的孔结构，颗粒是由纳米片相互交织组成单固体颗粒。

本发明的有益效果

本发明的一种含银的纳米二氧化锰单颗粒的制备方法，由于采用盐酸酸化的硝酸银作为反应诱导剂诱导二氧化锰的定向生成与生长，导致二氧化锰的生成和生长出现了定向控制，因此能够创造传统液相法合成所不具备的单颗粒粒子的生成条件，完成了二氧化锰单颗粒的实现，制备过程中粒径可控，即通过控制反应时间，反应物的量来控制粒径。

进一步，本发明的一种含银的纳米二氧化锰单颗粒的制备方法，硝酸银的存在对二氧化锰粒子起到一定的造孔作用，使二氧化锰的生成因为酸化硝酸银的存在而产生更多的孔，这些孔对提高二氧化锰作为超级电容器的电化学性质有好处。由于银是良好的导电金属，常被用来作为掺杂剂赋予非导体以导电性或提高不良导体的导电性，本发明中，硝酸银的使用使二氧化锰粒子中保留有一定数量的银，银的存在起到提高二氧化锰导电性的作用，也对提高二氧化锰作为超级电容器活性材料的性能有帮助。