[发明专利]二氧化锰@二氧化锰亚微米球及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种二氧化锰@二氧化锰亚微米球及其制备方法，属于亚微米材料制备领域。

背景技术

当今世界面临着能源短缺和环境污染两大难题。化石能源储量的锐减促使人们寻找新的能源和更为高效的储能装置，锂二次电池和超级电容器的发展越来越受到人们的关注。超级电容器是一种介于传统电容器和二次电池之间的化学储能装置，依靠电解液离子在电极材料间插层和脱附来工作。超级电容器具有功率密度大、充放电迅速的特点，在生活中有广泛的应用。作为影响超级电容器性能的电极材料自然而然受到极大关注。

超级电容器电极材料主要有三大类：传统碳材料、过渡金属氧化物（氢氧化物）和导电高分子。过渡金属氧化物主要包括RuO₂、CoO、Co₃O₄、NiO及MnO₂,其中MnO₂因其储量丰富、理论容量大而备受关注。Gueon D等利用碳纳米管为模板制备了二氧化锰纳米片/碳纳米管复合材料[Gueon D, Moon J H. MnO2 nanoflake-shelled carbon nanotube particles for high-performance supercapacitors[J]. ACS Sustainable Chemistry & Engineering, 2017, 5(3): 2445-2453.]，Shao J等用两步水热法制备了同晶二氧化锰@二氧化锰核壳结构材料[Shao J, Zhou X, Liu Q, et al. Mechanism analysis of the capacitance contributions and ultralong cycling-stability of the isomorphous MnO 2@ MnO 2 core/shell nanostructures for supercapacitors[J]. Journal of Materials Chemistry A, 2015, 3(11): 6168-6176.]，Zhipeng Ma等用水热法合成二氧化锰纳米线，再用氧化法在表面合成二氧化锰纳米片，得到二氧化锰纳米线@二氧化锰纳米片核壳结构[Ma Z, Shao G, Fan Y, et al. Construction of Hierarchical α-MnO2 Nanowires@ Ultrathin δ-MnO2 Nanosheets Core–Shell Nanostructure with Excellent Cycling Stability for High-Power Asymmetric Supercapacitor Electrodes[J]. ACS applied materials & interfaces, 2016, 8(14): 9050-9058.]。上述制备方法复杂且成本较高，同时性能较差，因此迫切需要一种能够大规模、低成本、简单的合成方法来制备高性能材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有氧空位摇铃结构二氧化锰@二氧化锰亚微米球的制备方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：本发明所述的二氧化锰@二氧化锰亚微米球，所述的亚微米球在微观上呈具有氧空位的摇铃结构，其中，壳层由具有氧空位的二氧化锰纳米颗粒组装而成，核为多孔的二氧化锰。

上述二氧化锰@二氧化锰亚微米球的制备方法，包括以下步骤：

第一步，将碳酸氢钠溶液与硫酸锰的水和无水乙醇的混合溶液快速混合，立即滴加氨水搅拌2 h以上；

第二步，第一步所得沉淀清洗后分散在去离子水中，加入高锰酸钾溶液，搅拌1.0~2.0 h；

第三步，第二步所得沉淀清洗后分散在稀盐酸中，搅拌15~20 min；

第四步，第三步所得沉淀清洗后干燥，在氢气/氮气气氛中，以2度每分钟的升温速率升至240±10 ℃后恒温一定时间，制得所述二氧化锰@二氧化锰亚微米球。

进一步的，第一步中，碳酸氢钠与硫酸锰的摩尔比为5:1；滴加氨水至pH值为10~11。

进一步的，第二步中，高锰酸钾摩尔浓度为0.03~0.04 M。

进一步的，第三步中，稀盐酸摩尔浓度为0.01~0.05 M。

进一步的，第四步中，以2度每分钟的升温速率升至240±10 ℃后恒温20~80 min。