一種製備羥基氧化錳超細單晶納米線的方法
2023-05-01 23:38:46
專利名稱：一種製備羥基氧化錳超細單晶納米線的方法
技術領域：
本發明涉及一種製備單分散一維納米材料的方法，具體涉及羥基氧化錳(MnOOH) 超細單晶納米線的液相合成方法。
背景技術：
錳的氫氧化合物在電化學、電池、電致變色等領域都有著十分重要的用途。羥基氧化錳亦可作為Li-Mn-O尖晶石結構和MnA等其他錳氧化合物的前驅體，而錳氧化合物在二次電池、分子篩以及催化方面有著十分優越的性能，也一直受到科學界和工業界廣泛的關注。目前，羥基氧化錳納米材料合成的報導已有納米棒和多枝狀納米花結構，但這些方法得到的材料的尺寸大，這種大尺寸材料的比表面積較小，不利於充分發揮該類材料的優勢，而這種直接一步法得到超細納米線(直徑< lOnm)的報導尚不多見。
發明內容
本發明的目的在於提供一種製備羥基氧化錳超細單晶納米線的方法，其能夠實現規模化工業生產，工藝簡單且成本低，產品質量高。本發明的技術解決方案是一種合成羥基氧化錳超細單晶納米線的方法，其特徵在於，該方法使用高錳酸鉀為單一錳源，採用有機物分子作為還原劑，在密閉反應體系下反應，所述有機物分子包括聚乙烯吡咯烷酮或十二烷基硫酸鈉，具體步驟如下(1)將聚乙烯吡咯烷酮或十二烷基硫酸鈉與高錳酸鉀按物質的量之比0. 5 5(即 0.5 1 5 1，以後的表述相同)加入到去離子水中，室溫下充分攪拌混合均勻；(2)將上述混合溶液轉移到密閉的反應器中，在120 170°C下反應5 30h，然後冷卻至室溫經過濾洗滌得到單斜相羥基氧化錳納米線。上述聚乙烯吡咯烷酮或十二烷基硫酸鈉與高錳酸鉀按物質的量之比為2 4. 2較佳。上述聚乙烯吡咯烷酮或十二烷基硫酸鈉與高錳酸鉀按物質的量之比為3 3. 5最佳。上述反應條件是，在130 160°C下，反應6 ^h。上述反應條件是，在140 150°C下，反應10 25h。上述反應條件是，在150°C下，反應15h。本發明通過控制水熱反應溫度、反應時間和原料配比，可製備出羥基氧化錳超細單晶納米線，這些納米線的直徑在4-lOnm，長度在200nm-5 μ m之間。本發明所涉及原料廉價易得，成本低，合成工藝簡單易實現，產品質量穩定且工藝重複性能好；以此法所生產的納米線可以經進一步加工得到更為廣泛的錳氧化物材料，用於鋰離子電池等相關領域的基礎研究與工藝應用。
圖1是羥基氧化錳超細納米線的X射線衍射圖，其中其中縱軸表示強度，橫軸表示角度的度數；圖2是羥基氧化錳超細納米線的整體透射電鏡照片；圖3是羥基氧化錳超細納米線的局部透射電鏡照片。
具體實施例方式實施例1將0. 2克分析純高錳酸鉀和0. 5克聚乙烯吡咯烷酮(K30)置於40ml聚四氟乙烯水熱反應釜中，加入80%反應器體積的去離子水，攪拌形成均勻溶液。密封反應釜，在150°C 反應10小時。然後冷卻至室溫，打開反應釜，真空抽濾，以去離子水及無水乙醇洗滌，乾燥得棕色粉末。產物經X射線粉末衍射鑑定為羥基氧化錳，粉末X射線衍射結果如圖1所示， 材料形貌通過透射電鏡結果得到，如圖2，3所示，如此得到的羥基氧化錳超細納米線的直徑分布在4-IOnm之間，長度為200nm 5 μ m之間。實施例2將0. 2克分析純高錳酸鉀和0. 1克聚乙烯吡咯烷酮(K50)置於40ml聚四氟乙烯水熱反應釜中，加入80%反應器體積的去離子水，攪拌形成均勻溶液。密封反應釜，在120°C 反應30小時。然後冷卻至室溫，打開反應釜，真空抽濾，以去離子水及無水乙醇洗滌，乾燥得棕色粉末。所得產物經X射線粉末衍射和透射電鏡鑑定，為羥基氧化錳超細納米線。實施例3將0. 2克分析純高錳酸鉀和0. 7克聚乙烯吡咯烷酮(K50)置於40ml聚四氟乙烯水熱反應釜中，加入80%反應器體積的去離子水，攪拌形成均勻溶液。密封反應釜，在170°C 反應5小時。然後冷卻至室溫，打開反應釜，真空抽濾，以去離子水及無水乙醇洗滌，乾燥得棕色粉末。所得產物經X射線粉末衍射和透射電鏡鑑定，為羥基氧化錳超細納米線。實施例4將2. 0克分析純高錳酸鉀和5. 0克聚乙烯吡咯烷酮(K50)置於250ml聚四氟乙烯水熱反應釜中，加入80%反應器體積的去離子水，攪拌形成均勻溶液。密封反應釜，在 150°C反應20小時。然後冷卻至室溫，打開反應釜，真空抽濾，以去離子水及無水乙醇洗滌， 乾燥得棕色粉末。所得產物經X射線粉末衍射和透射電鏡鑑定，為羥基氧化錳超細納米線。實施例5將2. 0克分析純高錳酸鉀和3. 0克聚乙烯吡咯烷酮(K50)置於250ml聚四氟乙烯水熱反應釜中，加入80%反應器體積的去離子水，攪拌形成均勻溶液。密封反應釜，在 130°C反應30小時。然後冷卻至室溫，打開反應釜，真空抽濾，以去離子水及無水乙醇洗滌， 乾燥得棕色粉末。所得產物經X射線粉末衍射和透射電鏡鑑定，為羥基氧化錳超細納米線。實施例6將0. 2克分析純高錳酸鉀和0. 1克十二烷基硫酸鈉置於40聚四氟乙烯水熱反應釜中，加入80%反應器體積的去離子水，攪拌形成均勻溶液。密封反應釜，在130°C反應10 小時。然後冷卻至室溫，打開反應釜，真空抽濾，以去離子水及無水乙醇洗滌，乾燥得棕色粉末。所得產物經X射線粉末衍射和透射電鏡鑑定，為羥基氧化錳超細納米線。
實施例7將0. 2克分析純高錳酸鉀和2克十二烷基硫酸鈉置於40聚四氟乙烯水熱反應釜中，加入80%反應器體積的去離子水，攪拌形成均勻溶液。密封反應釜，在130°C反應6小時。然後冷卻至室溫，打開反應釜，真空抽濾，以去離子水及無水乙醇洗滌，乾燥得棕色粉末。所得產物經X射線粉末衍射和透射電鏡鑑定，為羥基氧化錳超細納米線。實施例8將0. 2克分析純高錳酸鉀和1克十二烷基硫酸鈉置於40聚四氟乙烯水熱反應釜中，加入80%反應器體積的去離子水，攪拌形成均勻溶液。密封反應釜，在160°C反應9小時。然後冷卻至室溫，打開反應釜，真空抽濾，以去離子水及無水乙醇洗滌，乾燥得棕色粉末。所得產物經X射線粉末衍射和透射電鏡鑑定，為羥基氧化錳超細納米線。實施例9將2. 0克分析純高錳酸鉀和1. 5克十二烷基硫酸鈉置於250ml聚四氟乙烯水熱反應釜中，加入80%反應器體積的去離子水，攪拌形成均勻溶液。密封反應釜，在150°C反應 15小時。然後冷卻至室溫，打開反應釜，真空抽濾，以去離子水及無水乙醇洗滌，乾燥得棕色粉末。所得產物經X射線粉末衍射和透射電鏡鑑定，為羥基氧化錳超細納米線。
權利要求
1.一種合成羥基氧化錳超細單晶納米線的方法，其特徵在於，該方法使用高錳酸鉀為單一錳源，採用有機物分子作為還原劑，在密閉反應體系下反應，所述有機物分子包括聚乙烯吡咯烷酮或十二烷基硫酸鈉，具體步驟如下(1)將聚乙烯吡咯烷酮或十二烷基硫酸鈉與高錳酸鉀按物質的量之比0.5-5加入到去離子水中，室溫下充分攪拌混合均勻；(2)將上述混合溶液轉移到密閉的反應器中，在120 170°C下反應5 30h，然後冷卻至室溫經過濾洗滌得到單斜相羥基氧化錳納米線。
2.根據權利要求1所述合成羥基氧化錳超細單晶納米線的方法，其特徵在於所述聚乙烯吡咯烷酮或十二烷基硫酸鈉與高錳酸鉀按物質的量之比為2 4. 2較佳。
3.根據權利要求2所述合成羥基氧化錳超細單晶納米線的方法，其特徵在於所述聚乙烯吡咯烷酮或十二烷基硫酸鈉與高錳酸鉀按物質的量之比為3 3. 5最佳。
4.根據權利要求1所述合成羥基氧化錳超細單晶納米線的方法，其特徵在於所述反應條件是，在130 160°C下，反應6 ^h。
5.根據權利要求1所述合成羥基氧化錳超細單晶納米線的方法，其特徵在於所述反應條件是，在140 150°C下，反應10 25h。
6.根據權利要求1所述合成羥基氧化錳超細單晶納米線的方法，其特徵在於所述反應條件是，在150°C下，反應15h。
全文摘要
一種合成羥基氧化錳(MnOOH)超細單晶納米線的方法，該方法以高錳酸鉀為原料，以聚乙烯吡咯烷酮(K30，K50等)，十二烷基硫酸鈉等有機分子為還原劑，在密閉反應器中，於120-170℃的溫度下進行水熱反應，可以大批量製備出直徑在10nm左右，不同長徑比例的羥基氧化錳(MnOOH)超細單晶納米線。該方法所涉及原料廉價易得，成本低，合成工藝簡單易實現，產品質量穩定且工藝重複性能好；易此法所生產的納米線可以經進一步加工得到更為廣泛的錳氧化物材料，可用於鋰離子電池等相關領域的基礎研究與工藝應用。
文檔編號C01G45/00GK102531064SQ20101059272
公開日2012年7月4日 申請日期2010年12月13日 優先權日2010年12月13日
發明者周成鋼, 李小劍, 趙一 申請人:西安邁克森新材料有限公司