[发明专利]一种双壳层MnCo2

说明书

本发明公开了一种双壳层MnCo₂O₄中空纳米球材料的合成方法，以中空结构的葡萄糖低聚物分子环糊精作为准模板分散至乙醇中，与钴盐和和锰盐作为原料，分散至乙醇和去离子水的混合溶剂中，将盐溶液逐滴加入至环糊精分散液中，通过水热和简单煅烧的方法制备出MnCo₂O₄中空纳米球。本发明不需要单独合成模板，也不需要添加任何表面活性剂，适用于制备不同体系的多元过渡金属氧化物中空纳米球；制备的MnCo₂O₄中空纳米球在催化、能源储存和转换等领域有重要的应用价值，并且合成方法过程简单、高效、可控性强、绿色环保，原料来源广泛、廉价易得，容易实现规模化生产。

技术领域

本发明涉及纳米材料技术领域，更具体的说是涉及一种双壳层MnCo₂O₄中空纳米球材料及其合成方法。

背景技术

过渡金属氧化物因其优异的功能特性，已经在纳米材料、能源以及催化领域受到了极大的关注。在众多金属氧化物中，二元金属氧化物可以看成是在单相金属氧化物中添加另外一种金属原子形成的复合化合物。由于存在两种过渡金属原子，二元金属氧化物较单一金属氧化物具有更丰富的化学价态，因而表现出更高的电化学活性和催化活性；同时，由于两种不同金属原子在晶格中混合占位和电子相互作用，使二元金属氧化物具有更好的导电性。

为了进一步提高材料的性能和利用率，人们不断尝试设计和制备各种纳米结构(纳米针、纳米片、纳米棒)和多级结构(空心结构、核壳结构)。纳米空心球是一种具有特殊结构的纳米材料，其纳米尺度和独特的中空结构，使它具有较高的比表面积、较大的内部空腔和表面渗透性等优点，因此在锂离子电池、超级电容器、催化剂等领域具有很大的应用潜能。

调研分析已报道的文献来看，制备中空结构过渡金属氧化物的方法有模板法、溶剂热法、微乳液法、溶胶-凝胶法。其中，最为常用的是通过模板法制备中空结构纳米球，首先需要经过合成硬模板或软模板，再在模板表面吸附或沉积金属氧化物壳层，最后去除模板等多步骤工艺。这一方法合成步骤繁琐、工艺复杂、合成过程不易控制、合成效率低，大大限制了其规模化生产和应用；此外，在模板分散过程中需要加入表面活性剂等保证模板在溶剂中均匀分散，合成过程还必须考虑溶剂、表面活性剂、氧化物原料的分子结构和极性等因素，限制了其对不同体系材料的适用性。

因此，开发一种结构性能优异的过渡金属氧化物中空纳米球材料并提供一种简便高效、工艺可控、普适性高且成本低廉的制备方法，具有重要的研究意义和应用价值。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种双壳层MnCo₂O₄中空纳米球材料；同时提供上述双壳层MnCo₂O₄中空纳米球材料的合成方法。本发明采用具有中空结构的葡萄糖低聚物分子环糊精作为准模板，通过溶剂热和简单煅烧的方法即可制备得到MnCo₂O₄中空纳米球材料，并且制备得到的MnCo₂O₄具有独特的双壳层空心结构，粒径尺寸均匀。该合成方法不用单独合成软模板或硬模板，也不需添加任何表面活性剂，可直接通过改变葡萄糖低聚物分子形状和溶剂等合成条件调整纳米球的尺寸、壳层数等结构，合成方法简单高效，对不同材料体系普适性强。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种双壳层MnCo₂O₄中空纳米球材料的合成方法，包括以下步骤：

(1)将环糊精溶于乙醇中，超声分散至混合均匀，得到溶液A；

(2)将乙醇和去离子水通过磁力搅拌混合均匀作为溶剂，加入可溶性钴盐与锰盐，超声至完全溶解形成均匀溶液B；

(3)磁力搅拌下将溶液B逐滴加入到溶液A中，继续搅拌得到均匀的反应液；