本发明属于无机纳米材料制备领域，尤其涉及一种砖灰式结构mn2mo3o8纳米材料及其制备方法。
背景技术：
无机纳米材料是材料大类中重要的分支，在光、电、磁、催化等领域有着卓越的表现。无机纳米材料的性能与其微观结构和尺寸密切相关，合理调控纳米材料的微观结构可以制得性能优异的纳米功能材料。
钼酸盐纳米材料作为一种重要的无机纳米材料，在储能、催化、冶金、光电等领域具有良好的应用前景。为了进一步提高钼酸盐纳米材料的综合性能，制备微观结构规整的钼酸盐纳米材料具有重要意义。如中国专利cn201110347430.7公开了一种由纳米片组装成微米棒结构的钼酸锰材料，该方法以十六烷基三甲基溴化铵(ctab)为表面活性剂，采用微波辐射法制备出微米棒状结构的钼酸锰，其产物尺寸较大(微米棒的直径约为2μm)，不具有小尺寸效应和表面效应。因此，该方法在尺寸控制以及低成本制备上具有一定的局限性。中国专利cn201110048928.3公开了以微乳液法制备钼酸锰-钼酸钴分级异质结构纳米线，在制备过程中使用ctab为表面活性剂，制备方法步骤复杂，成本较高，不适用规模化生产。中国专利cn201210012024.x公开了钼酸锰微晶的制备方法，该方法制备出的产物，结构分散、尺寸偏大且均匀性较差。mn2mo3o8，是一种六方结构的钼基团簇化合物，在电化学电池的电极材料、催化和传感器等方面具有重要的应用前景，但是关于这一类钼酸盐的报道相对较少。
技术实现要素：
本发明的目的在于解决上述现有技术的问题，提供一种砖灰式结构mn2mo3o8纳米材料及其制备方法。该方法采用水热反应，结合煅烧简单方便的制备出形貌特殊，纯度高，结晶度高的砖灰式结构钼酸锰(mn2mo3o8)，工艺简单、环境友好、所用原料易得、生产成本低且易于大规模生产。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种砖灰式结构mn2mo3o8纳米材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)配制去离子水和乙二醇的混合溶液，在搅拌的过程中，将聚乙烯吡咯烷酮和醋酸钠加入至混合溶液中，继续搅拌制得混合溶液a；
(2)将醋酸锰加入混合溶液a，搅拌均匀后加入钼酸钠，继续搅拌制得混合原料液b；
(3)将混合原料液b进行水热反应，得到反应产物；
(4)将步骤(3)得到的反应产物离心洗涤、干燥；将干燥后的产物在惰性气氛下煅烧，得到砖灰式结构mn2mo3o8纳米材料。
本发明的进一步改进在于：
步骤(1)中加入质量比为1:1的聚乙烯吡咯烷酮和醋酸钠，继续搅拌均匀后制得混合溶液a。
步骤(2)加入钼酸钠后搅拌10-20min，制得混合原料液b；其中醋酸锰与钼酸钠的摩尔比为1:1，醋酸锰与聚乙烯吡咯烷酮的质量比为(20-30)：1。
步骤(3)中水热反应时间为3-5h，反应温度为110-130℃。
步骤(4)中使用去离子水和乙醇混合液离心洗涤反应产物3-5次，其中去离子水与乙醇的体积比为(2-4)：1。
步骤(4)中干燥时间为8-12h，干燥温度为70-100℃。
步骤(4)中煅烧时间为1-3h，煅烧温度为400-500℃。
搅拌均选用电磁搅拌方式。
一种砖灰式结构mn2mo3o8纳米材料，其特征在于，纳米材料为由纳米片交叉堆叠成的纳米棒结构，纳米片的纵向横截面长度为200～400nm，纳米片的厚度为40～50nm。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明制备出的一种砖灰式结构mn2mo3o8纳米材料，为由二维的纳米片交叉堆叠成的三维纳米棒结构，纳米片的纵向横截面长度为200～400nm，纳米片的厚度为40～50nm。纳米材料的尺寸小、形貌特殊且成分均匀、纯度高且结晶度高，制得的mn2mo3o8纳米材料为钼酸锰类纳米材料在储能、催化等领域的广泛应用提供了理论基础和实践经验。
本发明涉及的一种砖灰式结构mn2mo3o8纳米材料的制备方法，以常规的锰盐、钼酸盐为原料，通过水热和煅烧两步法首次合成了纯度高、结晶度高且形貌特殊的砖灰式结构mn2mo3o8纳米材料，配方简单实用、反应条件通用且可重复性强、成本低且易于工业化生产，为生产mn2mo3o8纳米材料提供了理论基础和实践经验。
【附图说明】
图1为所制备mn2mo3o8的扫描电镜图；
图2为所制备mn2mo3o8的透射电镜图；
图3为所制备mn2mo3o8的xrd图。
【具体实施方式】
下面结合实施例和附图对本发明进行进一步的阐述：
一种砖灰式结构mn2mo3o8纳米材料的制备方法，具体包括以下步骤，下述所有步骤中的搅拌均为电磁搅拌。
(1)配制去离子水和乙二醇的混合溶液，在搅拌的过程中，将聚乙烯吡咯烷酮和醋酸钠按照质量比例1:1加入至混合溶液中，搅拌均匀制得混合溶液a；
(2)向混合溶液a中加入醋酸锰，继续搅拌均匀后加入钼酸钠，搅拌10-20min得到混合原料液b；其中醋酸锰与钼酸钠的摩尔比为1:1，醋酸锰与聚乙烯吡咯烷酮的质量比为(20-30)：1。
(3)将步骤(2)得到的混合原料液b液转移至反应釜中密封，在110-130℃下保温3-5h进行水热反应，水热反应结束后，自然冷却至室温，得到反应产物。
(4)将步骤(3)得到的反应产物用去离子水和乙醇的混合液离心洗涤3-5次去除杂质，其中去离子水和乙醇的体积比为(2-4)：1；将离心洗涤后的反应产物在70-100℃下真空干燥8-12h，得到干燥产物；将干燥产物在氩气气氛下煅烧1-3h，煅烧温度为400-500℃。
通过以上步骤，得到砖灰式结构mn2mo3o8纳米材料。
图1和图2分别为本发明制备的砖灰式结构mn2mo3o8纳米材料的扫描电镜图和透射电镜图，结合图片可以看出，制得的纳米材料由二维的纳米片组装成三维的纳米棒结构，纳米片交叉堆叠，形成具有特殊形貌的砖灰式结构。纳米片的纵向横截面长度为200nm～400nm，厚度为40～50nm。
图3为本发明制得材料的xrd图，由图可看出，制得的材料和标准卡片的衍射峰角度一致，表明该制备方法合成的物质为mn2mo3o8，图中并未并未出现其它的杂峰，说明合成的物质纯度高、结晶性良好。
本发明利用廉价易得的原料及简便高效的制备条件完成了mn2mo3o8纳米材料的制备，并得到了新奇的砖灰式结构，为锰基钼酸盐纳米材料的设计合成提供良好的理论基础和实践经验。
实施例1
(1)配制去离子水和乙二醇的混合溶液，电磁搅拌的过程中，在混合溶液中加入0.02g聚乙烯吡咯烷酮和0.02g醋酸钠，搅拌均匀制得混合液a；
(2)向混合液a中加入0.4g(0.002mol)醋酸锰，搅拌均匀后加入0.56g(0.002mol)钼酸钠，搅拌15min，得到混合原料液b；
(3)将步骤(2)得到的混合原料b液转移至100ml的反应釜中密封，在120℃下保温3h，水热反应结束后，自然冷却至室温，得到反应产物c；
(4)将步骤(3)得到的反应产物用去离子水和乙醇的混合液离心洗涤3次去除杂质，其中去离子水和乙醇的体积比为2:1；将离心洗涤后的反应产物在80℃下真空干燥11h，得到干燥产物，将干燥产物在氩气气氛下煅烧2h，煅烧温度为400℃，得到砖灰式结构mn2mo3o8纳米材料。
通过本实施例制得的砖灰式结构mn2mo3o8纳米材料为由纳米片交叉堆叠成的纳米棒结构，纳米片的纵向横截面长度为200～400nm，纳米片的厚度为40～50nm。
实施例2
(1)配制去离子水和乙二醇的混合溶液，电磁搅拌的过程中，在混合溶液中加入0.03g聚乙烯吡咯烷酮和0.03g醋酸钠，搅拌均匀制得混合液a；
(2)向混合液a中加入0.66g(0.004mol)醋酸锰，搅拌均匀后加入0.92g(0.004mol)钼酸钠，搅拌13min，得到混合原料液b；
(3)将步骤(2)得到的混合原料b液转移至反应釜中密封，在120℃下保温5h，水热反应结束后，自然冷却至室温，得到反应产物c；
(4)将步骤(3)得到的反应产物用去离子水和乙醇的混合液离心洗涤5次去除杂质，其中去离子水和乙醇的体积比为4:1；将离心洗涤后的反应产物在80℃下真空干燥9h，得到干燥产物，将干燥产物在氩气气氛下煅烧2h，煅烧温度为500℃，得到砖灰式结构mn2mo3o8纳米材料。
实施例3
(1)配制去离子水和乙二醇的混合溶液，电磁搅拌的过程中，在混合溶液中加入0.04g聚乙烯吡咯烷酮和0.04g醋酸钠，搅拌均匀制得混合液a；
(2)向混合液a中加入0.96g(0.006mol)醋酸锰，搅拌均匀后加入1.34g(0.006mol)钼酸钠，搅拌17min，得到混合原料液b；
(3)将步骤(2)得到的混合原料b液转移至反应釜中密封，在130℃下保温4h，水热反应结束后，自然冷却至室温，得到反应产物c；
(4)将步骤(3)得到的反应产物用去离子水和乙醇的混合液离心洗涤4次去除杂质，其中去离子水和乙醇的体积比为2:1；将离心洗涤后的反应产物在90℃下真空干燥10h，得到干燥产物，将干燥产物在氩气气氛下煅烧3h，煅烧温度为410℃，得到砖灰式结构mn2mo3o8纳米材料。
实施例4
(1)配制去离子水和乙二醇的混合溶液，电磁搅拌的过程中，在混合溶液中加入0.05g聚乙烯吡咯烷酮和0.05g醋酸钠，搅拌均匀制得混合液a；
(2)向混合液a中加入1.25g(0.007mol)醋酸锰，搅拌均匀后加入1.75g(0.007mol)钼酸钠，搅拌10min，得到混合原料液b；
(3)将步骤(2)得到的混合原料b液转移至反应釜中密封，在110℃下保温4h，水热反应结束后，自然冷却至室温，得到反应产物c；
(4)将步骤(3)得到的反应产物用去离子水和乙醇的混合液离心洗涤4次去除杂质，其中去离子水和乙醇的体积比为3:1；将离心洗涤后的反应产物在70℃下真空干燥8h，得到干燥产物，将干燥产物在氩气气氛下煅烧1h，煅烧温度为420℃，得到砖灰式结构mn2mo3o8纳米材料。
实施例5
(1)配制去离子水和乙二醇的混合溶液，电磁搅拌的过程中，在混合溶液中加入0.06g聚乙烯吡咯烷酮和0.06g醋酸钠，搅拌均匀制得混合液a；
(2)向混合液a中加入1.56g(0.009mol)醋酸锰，搅拌均匀后加入2.18g(0.009mol)钼酸钠，搅拌20min，得到混合原料液b；
(3)将步骤(2)得到的混合原料b液转移至反应釜中密封，在130℃下保温4h，水热反应结束后，自然冷却至室温，得到反应产物c；
(4)将步骤(3)得到的反应产物用去离子水和乙醇的混合液离心洗涤4次去除杂质，其中去离子水和乙醇的体积比为3:1；将离心洗涤后的反应产物在100℃下真空干燥12h，得到干燥产物，将干燥产物在氩气气氛下煅烧3h，煅烧温度为440℃，得到砖灰式结构mn2mo3o8纳米材料。
实施例6
(1)配制去离子水和乙二醇的混合溶液，电磁搅拌的过程中，在混合溶液中加入0.07g聚乙烯吡咯烷酮和0.07g醋酸钠，搅拌均匀制得混合液a；
(2)向混合液a中加入1.89(0.011mol)醋酸锰，搅拌均匀后加入2.64g(0.011mol)钼酸钠，搅拌16min，得到混合原料液b；
(3)将步骤(2)得到的混合原料b液转移至反应釜中密封，在130℃下保温4h，水热反应结束后，自然冷却至室温，得到反应产物c；
(4)将步骤(3)得到的反应产物用去离子水和乙醇的混合液离心洗涤4次去除杂质，其中去离子水和乙醇的体积比为3:1；将离心洗涤后的反应产物在100℃下真空干燥12h，得到干燥产物，将干燥产物在氩气气氛下煅烧3h，煅烧温度为480℃，得到砖灰式结构mn2mo3o8纳米材料。
实施例7
(1)配制去离子水和乙二醇的混合溶液，电磁搅拌的过程中，在混合溶液中加入0.08g聚乙烯吡咯烷酮和0.08g醋酸钠，搅拌均匀制得混合液a；
(2)向混合液a中加入2.24(0.013mol)醋酸锰，搅拌均匀后加入3.13g(0.013mol)钼酸钠，搅拌18min，得到混合原料液b；
(3)将步骤(2)得到的混合原料b液转移至反应釜中密封，在110℃下保温4h，水热反应结束后，自然冷却至室温，得到反应产物c；
(4)将步骤(3)得到的反应产物用去离子水和乙醇的混合液离心洗涤4次去除杂质，其中去离子水和乙醇的体积比为3:1；将离心洗涤后的反应产物在70℃下真空干燥8h，得到干燥产物，将干燥产物在氩气气氛下煅烧1h，煅烧温度为450℃，得到砖灰式结构mn2mo3o8纳米材料。
实施例8
(1)配制去离子水和乙二醇的混合溶液，电磁搅拌的过程中，在混合溶液中加入0.09g聚乙烯吡咯烷酮和0.09g醋酸钠，搅拌均匀制得混合液a；
(2)向混合液a中加入2.6g(0.015mol)醋酸锰，搅拌均匀后加入3.6g(0.015mol)钼酸钠，搅拌17min，得到混合原料液b；
(3)将步骤(2)得到的混合原料b液转移至反应釜中密封，在130℃下保温4h，水热反应结束后，自然冷却至室温，得到反应产物c；
(4)将步骤(3)得到的反应产物用去离子水和乙醇的混合液离心洗涤4次去除杂质，其中去离子水和乙醇的体积比为2:1；将离心洗涤后的反应产物在90℃下真空干燥10h，得到干燥产物，将干燥产物在氩气气氛下煅烧3h，煅烧温度为460℃，得到砖灰式结构mn2mo3o8纳米材料。
实施例9
(1)配制去离子水和乙二醇的混合溶液，电磁搅拌的过程中，在混合溶液中加入0.1g聚乙烯吡咯烷酮和0.1g醋酸钠，搅拌均匀制得混合液a；
(2)向混合液a中加入3g(0.017mol)醋酸锰，搅拌均匀后加入4.2g(0.017mol)钼酸钠，搅拌12min，得到混合原料液b；
(3)将步骤(2)得到的混合原料b液转移至反应釜中密封，在120℃下保温5h，水热反应结束后，自然冷却至室温，得到反应产物c；
(4)将步骤(3)得到的反应产物用去离子水和乙醇的混合液离心洗涤5次去除杂质，其中去离子水和乙醇的体积比为4:1；将离心洗涤后的反应产物在80℃下真空干燥9h，得到干燥产物，将干燥产物在氩气气氛下煅烧2h，煅烧温度为450℃，得到砖灰式结构mn2mo3o8纳米材料。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。