一种纳米片状Mn3O4的制备方法与流程

本发明涉及纳米材料制备领域，具体涉及一种纳米片状Mn₃O₄的制备方法。

背景技术：

Mn₃O₄在传感器、催化剂、磁性材料等领域均为一种良好的功能材料。近年来，由于其良好的物理化学性能，高的理论比容量，低的电压平台，自然资源丰富，环境友好而被广泛地用于纳米能源材料的研究。作为纳米能源材料，具有特定的形貌显得尤为重要。目前，关于制备不同形貌的Mn₃O₄方法的报道很多，常见的有水热法，脱合金法、电化学沉积法等。

Wei Xiao等人以高锰酸钾和已二醇为前躯体，采用水热法制备了八面体状的Mn₃O₄，该方法虽然制备过程简单，但是制备的Mn₃O₄八面体是实心的，且颗粒较大，用作纳米能源材料性能较差。Qin Hao等人采用脱合金的方法制备了Mn₃O₄八面体，该制备方法较为麻烦，且制备的Mn₃O₄颗粒较大，不是最佳的纳米能源材料。JiazhengWang等人采用电化学沉积的方法在预制的铜纳米线集流体上沉积了定向排列的Mn₃O₄阵列，该方法虽然成功制备了Mn₃O₄纳米阵列，但是制备过程比较麻烦，且制备出的纳米棒直径较大，用作纳米能原材料性能一般。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种条件温和、操作简单的纳米片状Mn₃O₄的制备方法。

为实现上述发明目的，其具体的技术方案如下：

1)将乙酸锰加入去离子水中搅拌，使其完全溶解，得到质量分数为0.1％-0.3％的乙酸锰溶液；

2)用氢氧化钠溶液调节乙酸锰溶液的pH，使其呈碱性；

3)在70-100℃加热，保温，生成棕色沉淀；

4)将步骤三得到棕色沉淀洗涤，离心，干燥，然后在电阻炉中热处理，得到纳米片状的Mn₃O₄。

所述步骤1)的搅拌为磁力搅拌。

所述步骤3)中的加热为油浴加热，保温时间为4-12h。

所述步骤4)中的洗涤采用的洗液为去离子水和无水乙醇。

所述步骤4)中的干燥为在烘箱中80℃下干燥。

所述步骤4)中的热处理温度为200-400℃，时间为1-3h。

本发明以乙酸锰，氢氧化钠为原料，首先将乙酸锰溶于去离子水中并不断搅拌，待其完全溶解后，用氢氧化钠将溶液的pH调至碱性，加热，不断有棕色的沉淀析出，离心，分离，干燥。然后将所得的棕色沉淀物在电阻炉中热处理即可得到纳米片状的Mn₃O₄。该制备方法具有工艺简单、成本低廉、可实现大规模生产等优点。

本发明所合成的Mn₃O₄为不规则的多边纳米片状结构，大小约100nm，厚度大约20nm，具有比较大的比表面积，可以广范用于储能、催化等方面。

附图说明

图1为本发明制备的纳米片状Mn₃O₄的SEM(扫描电镜)图(放大倍数5万倍)。

图2为本发明制备的纳米片状Mn₃O₄的SEM(扫描电镜)图(放大倍数10万倍)。

图3为本发明制备的纳米片状Mn₃O₄的XRD(X射线衍射)图。

具体实施方式

实施例1：

1)将乙酸锰加入去离子水中磁力搅拌，使其完全溶解，得到质量分数为0.1％的乙酸锰溶液；

2)用氢氧化钠溶液调节乙酸锰溶液的pH，使其呈碱性；

3)采用油浴在70℃加热并保温12h，生成棕色沉淀；

4)将步骤三得到棕色沉淀用去离子水和无水乙醇洗涤，离心后在烘箱中80℃下干燥，然后在电阻炉中以300℃，热处理2h，得到纳米片状的Mn₃O₄。

实施例2：

1)将乙酸锰加入去离子水中磁力搅拌，使其完全溶解，得到质量分数为0.2％的乙酸锰溶液；

2)用氢氧化钠溶液调节乙酸锰溶液的pH，使其呈碱性；

3)采用油浴在80℃加热并保温12h，生成棕色沉淀；

4)将步骤三得到棕色沉淀用去离子水和无水乙醇洗涤，离心后在烘箱中80℃下干燥，然后在电阻炉中以200℃，热处理3h，得到纳米片状的Mn₃O₄。

实施例3：

1)将乙酸锰加入去离子水中磁力搅拌，使其完全溶解，得到质量分数为0.3％的乙酸锰溶液；

2)用氢氧化钠溶液调节乙酸锰溶液的pH，使其呈碱性；

3)采用油浴在90℃加热并保温4h，生成棕色沉淀；

4)将步骤三得到棕色沉淀用去离子水和无水乙醇洗涤，离心后在烘箱中80℃下干燥，然后在电阻炉中以400℃，热处理1h，得到纳米片状的Mn₃O₄。

实施例4：

1)将乙酸锰加入去离子水中磁力搅拌，使其完全溶解，得到质量分数为0.15％的乙酸锰溶液；

2)用氢氧化钠溶液调节乙酸锰溶液的pH，使其呈碱性；

3)采用油浴在70℃加热并保温10h，生成棕色沉淀；

4)将步骤三得到棕色沉淀用去离子水和无水乙醇洗涤，离心后在烘箱中80℃下干燥，然后在电阻炉中以200℃，热处理3h，得到纳米片状的Mn₃O₄。

实施例5：

1)将乙酸锰加入去离子水中磁力搅拌，使其完全溶解，得到质量分数为0.25％的乙酸锰溶液；

2)用氢氧化钠溶液调节乙酸锰溶液的pH，使其呈碱性；

3)采用油浴在90℃加热并保温6h，生成棕色沉淀；

4)将步骤三得到棕色沉淀用去离子水和无水乙醇洗涤，离心后在烘箱中80℃下干燥，然后在电阻炉中以300℃，热处理2h，得到纳米片状的Mn₃O₄。

实施例6：

1)将乙酸锰加入去离子水中磁力搅拌使其完全溶解得到质量分数为0.2％的乙酸锰溶液；

2)用氢氧化钠溶液调节乙酸锰溶液的pH，使其呈碱性；

3)采用油浴在100℃加热并保温8h，生成棕色沉淀；

4)将步骤三得到棕色沉淀用去离子水和无水乙醇洗涤，离心后在烘箱中80℃下干燥，然后在电阻炉中以300℃，热处理2h得到纳米片状的Mn₃O₄。

从图1可以看出来所制备的Mn₃O₄呈现均匀的多边纳米片状结构，从它的放大图(图2)中可以看出来片的大小约100nm，厚度大约20nm。从图3可以看出来，通过本发明的制备方法成功制备出了四方相的Mn₃O₄，其结晶性良好。