专利名称：α－MnO的制作方法
技术领域：
本发明涉及二氧化锰纳米棒的制备技术，具体地说是一种小直径α-MnO2单晶纳米棒的制备方法。
背景技术：
由于纳米材料本身所具有的量子尺寸效应，表面效应及量子隧道效应等，在电、磁、声、光、传感和催化等方面都展现出许多常规材料所不具备的特殊的性质。因此，受到人们的广泛的关注。
氧化锰由于具有离子交换、分子吸附、催化、电化学和磁学等优良特性，被广泛的应用于催化剂，分子筛和超级电容器。此外，它具有成本低，能量适中，环境友好的特性，作为Li/MnO2电池中的电极材料。而且，二氧化锰价格低廉，资源丰富，具有很大的应用前景和价值。
氧化锰的特性不仅和锰的价态有关，还取决于二氧化锰的形态结构。因此，科研人员用不同的方法制备了不同形态的二氧化锰纳米结构。如MnO2纳米颗粒，α-、β-、γ-、δ-MnO2纳米线和纳米棒。
发明内容
本发明的目的是提供一种操作相对简单的制备α-MnO2单晶纳米棒的方法，工艺简单，不需要复杂而昂贵的设备，反应易于控制。所制备的α-MnO2单晶纳米棒的直径较小，可达到4nm。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是采用硫酸溶液中加入高锰酸钾，在加热的条件下使硫酸和高锰酸钾反应，待反应结束后，自然冷却，而后，加入去离子水冲洗干净并干燥。其中硫酸溶液的浓度为0.1mol/l到3mol/l；反应温度为70-95℃。二氧化锰纳米棒的直径可通过调节硫酸溶液的浓度、高锰酸钾的加入量和温度等工艺参数得到控制。
本发明高锰酸钾加入量较佳为每100毫升的硫酸溶液加入高锰酸钾0.5～4g。本发明硫酸溶液的浓度较佳为1～3M。
与其它方法制备二氧化锰纳米棒相比，本发明更具有如下有益效果1、工艺简单。本发明采用仅在硫酸溶液中加入高锰酸钾，再在加热的条件下制备出直径较小且均匀α-MnO2单晶纳米棒，所需要的化学药品种类少，反应简单易于控制，不需要昂贵的设备，操作方便、工艺简单。
2、二氧化锰纳米棒的直径小，长度短且比较均匀。二氧化锰纳米棒的直径范围为5-20nm，长度范围为80-300nm。
3、纳米棒比表面积高达165.8m2/g。
4、二氧化锰纳米棒是α-MnO2单晶。
5、具有广阔的应用前景。本发明可用于催化剂，离子筛、锌锰电池和锂离子电池中的电极材料等。
图1a为本发明一个实施例1的二氧化锰纳米棒的透射电镜照片。
图1b为本发明一个实施例1的二氧化锰纳米棒[110]面的高分辨电镜照片。
图1c为本发明一个实施例1的二氧化锰纳米棒的X光衍射图谱(XRD)。
图1d为本发明一个实施例1的二氧化锰纳米棒的电子能量损失谱(EDS)。
图2为本发明实施例2二氧化锰纳米棒的透射电镜照片。
图3a为本发明实施例3二氧化锰纳米棒的扫描电镜照片。
图3b为本发明实施例3二氧化锰纳米棒的高倍扫描电镜照片。
图3c为本发明实施例3二氧化锰纳米棒的透射电镜照片。
图3d为本发明实施例3二氧化锰纳米棒的吸附等温线。
具体实施例方式
实施例1采用硫酸溶液中加入高锰酸钾，硫酸溶液的浓度为3mol/l；每100毫升的硫酸溶液加入高锰酸钾2g；在加热的条件下使硫酸和高锰酸钾反应，反应温度为70℃。待反应结束后，自然冷却，而后，加入去离子水洗干净并干燥。二氧化锰纳米棒的直径约为20nm，长度范围为80-150nm。如图1a所示二氧化锰纳米棒的透射电镜照片。如图1b～图1c所示，经过X射线衍射(XRD)和高分辨电镜分析，所得到二氧化锰是α-MnO2单晶。如图1d所示，电子能量损失谱(EDS)表明产物主要元素是氧和锰。
实施例2
与实施例1不同之处在于采用硫酸溶液中加入高锰酸钾，硫酸溶液的浓度为2mol/l；每100毫升的硫酸溶液加入高锰酸钾1.5g；在加热的条件下使硫酸和高锰酸钾反应，反应温度为80℃。待反应结束后，自然冷却，而后，加入去离子水洗干净并干燥。二氧化锰纳米棒的直径约为8nm，长度范围为150-200nm，如图2所示二氧化锰纳米棒的透射电镜照片。
实施例3与实施例1不同之处在于采用硫酸溶液中加入高锰酸钾，硫酸溶液的浓度为1mol/l；每100毫升的硫酸溶液加入高锰酸钾2.5g；在加热的条件下使其反应，反应温度为90℃。待反应结束后，自然冷却，而后，加入去离子水洗干净并干燥。如图3a～图3b所示，扫描电镜表明二氧化锰纳米棒聚集成1-2μm的颗粒，扫描电镜表明二氧化锰纳米棒的直径约为4nm。如图3c所示二氧化锰纳米棒的透射电镜照片。如图3d所示二氧化锰纳米棒的氮吸附等温线，从图中可以看出二氧化锰纳米棒具有较大的外比表面积和较强的毛细凝聚现象。这是由于二氧化锰纳米棒直径小并聚集成团的原因。这种小直径的二氧化锰纳米棒的比表面积高达165.8m2/g。
权利要求
1.一种α-MnO2单晶纳米棒的制备方法，其特征在于采用在硫酸溶液中加入高锰酸钾，再在加热的条件下使硫酸和高锰酸钾反应，待反应结束后，自然冷却，制备出直径较小且均匀的α-MnO2单晶纳米棒。
2.按照权利要求1所述α-MnO2单晶纳米棒的制备方法，其特征在于所述反应温度为70-95℃。
3.按照权利要求1所述α-MnO2单晶纳米棒的制备方法，其特征在于所述硫酸溶液的浓度为0.1mol/l到3mol/l。
4.按照权利要求1所述α-MnO2单晶纳米棒的制备方法，其特征在于所得纳米棒加入去离子水冲洗干净并干燥。
全文摘要
本发明涉及二氧化锰纳米棒的制备技术，具体地说是一种小直径α－MnO
文档编号C01G45/02GK1715460SQ200410020888
公开日2006年1月4日 申请日期2004年7月2日 优先权日2004年7月2日
发明者成会明, 陈永, 刘畅 申请人:中国科学院金属研究所