专利名称：一种制备羟基氧化锰超细单晶纳米线的方法
技术领域：
本发明涉及一种制备单分散一维纳米材料的方法，具体涉及羟基氧化锰(MnOOH) 超细单晶纳米线的液相合成方法。
背景技术：
锰的氢氧化合物在电化学、电池、电致变色等领域都有着十分重要的用途。羟基氧化锰亦可作为Li-Mn-O尖晶石结构和MnA等其他锰氧化合物的前驱体，而锰氧化合物在二次电池、分子筛以及催化方面有着十分优越的性能，也一直受到科学界和工业界广泛的关注。目前，羟基氧化锰纳米材料合成的报道已有纳米棒和多枝状纳米花结构，但这些方法得到的材料的尺寸大，这种大尺寸材料的比表面积较小，不利于充分发挥该类材料的优势，而这种直接一步法得到超细纳米线(直径< lOnm)的报道尚不多见。
发明内容
本发明的目的在于提供一种制备羟基氧化锰超细单晶纳米线的方法，其能够实现规模化工业生产，工艺简单且成本低，产品质量高。本发明的技术解决方案是一种合成羟基氧化锰超细单晶纳米线的方法，其特征在于，该方法使用高锰酸钾为单一锰源，采用有机物分子作为还原剂，在密闭反应体系下反应，所述有机物分子包括聚乙烯吡咯烷酮或十二烷基硫酸钠，具体步骤如下(1)将聚乙烯吡咯烷酮或十二烷基硫酸钠与高锰酸钾按物质的量之比0. 5 5(即 0.5 1 5 1，以后的表述相同)加入到去离子水中，室温下充分搅拌混合均勻；(2)将上述混合溶液转移到密闭的反应器中，在120 170°C下反应5 30h，然后冷却至室温经过滤洗涤得到单斜相羟基氧化锰纳米线。上述聚乙烯吡咯烷酮或十二烷基硫酸钠与高锰酸钾按物质的量之比为2 4. 2较佳。上述聚乙烯吡咯烷酮或十二烷基硫酸钠与高锰酸钾按物质的量之比为3 3. 5最佳。上述反应条件是，在130 160°C下，反应6 ^h。上述反应条件是，在140 150°C下，反应10 25h。上述反应条件是，在150°C下，反应15h。本发明通过控制水热反应温度、反应时间和原料配比，可制备出羟基氧化锰超细单晶纳米线，这些纳米线的直径在4-lOnm，长度在200nm-5 μ m之间。本发明所涉及原料廉价易得，成本低，合成工艺简单易实现，产品质量稳定且工艺重复性能好；以此法所生产的纳米线可以经进一步加工得到更为广泛的锰氧化物材料，用于锂离子电池等相关领域的基础研究与工艺应用。
图1是羟基氧化锰超细纳米线的X射线衍射图，其中其中纵轴表示强度，横轴表示角度的度数；图2是羟基氧化锰超细纳米线的整体透射电镜照片；图3是羟基氧化锰超细纳米线的局部透射电镜照片。
具体实施例方式实施例1将0. 2克分析纯高锰酸钾和0. 5克聚乙烯吡咯烷酮(K30)置于40ml聚四氟乙烯水热反应釜中，加入80%反应器体积的去离子水，搅拌形成均勻溶液。密封反应釜，在150°C 反应10小时。然后冷却至室温，打开反应釜，真空抽滤，以去离子水及无水乙醇洗涤，干燥得棕色粉末。产物经X射线粉末衍射鉴定为羟基氧化锰，粉末X射线衍射结果如图1所示， 材料形貌通过透射电镜结果得到，如图2，3所示，如此得到的羟基氧化锰超细纳米线的直径分布在4-IOnm之间，长度为200nm 5 μ m之间。实施例2将0. 2克分析纯高锰酸钾和0. 1克聚乙烯吡咯烷酮(K50)置于40ml聚四氟乙烯水热反应釜中，加入80%反应器体积的去离子水，搅拌形成均勻溶液。密封反应釜，在120°C 反应30小时。然后冷却至室温，打开反应釜，真空抽滤，以去离子水及无水乙醇洗涤，干燥得棕色粉末。所得产物经X射线粉末衍射和透射电镜鉴定，为羟基氧化锰超细纳米线。实施例3将0. 2克分析纯高锰酸钾和0. 7克聚乙烯吡咯烷酮(K50)置于40ml聚四氟乙烯水热反应釜中，加入80%反应器体积的去离子水，搅拌形成均勻溶液。密封反应釜，在170°C 反应5小时。然后冷却至室温，打开反应釜，真空抽滤，以去离子水及无水乙醇洗涤，干燥得棕色粉末。所得产物经X射线粉末衍射和透射电镜鉴定，为羟基氧化锰超细纳米线。实施例4将2. 0克分析纯高锰酸钾和5. 0克聚乙烯吡咯烷酮(K50)置于250ml聚四氟乙烯水热反应釜中，加入80%反应器体积的去离子水，搅拌形成均勻溶液。密封反应釜，在 150°C反应20小时。然后冷却至室温，打开反应釜，真空抽滤，以去离子水及无水乙醇洗涤， 干燥得棕色粉末。所得产物经X射线粉末衍射和透射电镜鉴定，为羟基氧化锰超细纳米线。实施例5将2. 0克分析纯高锰酸钾和3. 0克聚乙烯吡咯烷酮(K50)置于250ml聚四氟乙烯水热反应釜中，加入80%反应器体积的去离子水，搅拌形成均勻溶液。密封反应釜，在 130°C反应30小时。然后冷却至室温，打开反应釜，真空抽滤，以去离子水及无水乙醇洗涤， 干燥得棕色粉末。所得产物经X射线粉末衍射和透射电镜鉴定，为羟基氧化锰超细纳米线。实施例6将0. 2克分析纯高锰酸钾和0. 1克十二烷基硫酸钠置于40聚四氟乙烯水热反应釜中，加入80%反应器体积的去离子水，搅拌形成均勻溶液。密封反应釜，在130°C反应10 小时。然后冷却至室温，打开反应釜，真空抽滤，以去离子水及无水乙醇洗涤，干燥得棕色粉末。所得产物经X射线粉末衍射和透射电镜鉴定，为羟基氧化锰超细纳米线。
实施例7将0. 2克分析纯高锰酸钾和2克十二烷基硫酸钠置于40聚四氟乙烯水热反应釜中，加入80%反应器体积的去离子水，搅拌形成均勻溶液。密封反应釜，在130°C反应6小时。然后冷却至室温，打开反应釜，真空抽滤，以去离子水及无水乙醇洗涤，干燥得棕色粉末。所得产物经X射线粉末衍射和透射电镜鉴定，为羟基氧化锰超细纳米线。实施例8将0. 2克分析纯高锰酸钾和1克十二烷基硫酸钠置于40聚四氟乙烯水热反应釜中，加入80%反应器体积的去离子水，搅拌形成均勻溶液。密封反应釜，在160°C反应9小时。然后冷却至室温，打开反应釜，真空抽滤，以去离子水及无水乙醇洗涤，干燥得棕色粉末。所得产物经X射线粉末衍射和透射电镜鉴定，为羟基氧化锰超细纳米线。实施例9将2. 0克分析纯高锰酸钾和1. 5克十二烷基硫酸钠置于250ml聚四氟乙烯水热反应釜中，加入80%反应器体积的去离子水，搅拌形成均勻溶液。密封反应釜，在150°C反应 15小时。然后冷却至室温，打开反应釜，真空抽滤，以去离子水及无水乙醇洗涤，干燥得棕色粉末。所得产物经X射线粉末衍射和透射电镜鉴定，为羟基氧化锰超细纳米线。
权利要求
1.一种合成羟基氧化锰超细单晶纳米线的方法，其特征在于，该方法使用高锰酸钾为单一锰源，采用有机物分子作为还原剂，在密闭反应体系下反应，所述有机物分子包括聚乙烯吡咯烷酮或十二烷基硫酸钠，具体步骤如下(1)将聚乙烯吡咯烷酮或十二烷基硫酸钠与高锰酸钾按物质的量之比0.5-5加入到去离子水中，室温下充分搅拌混合均勻；(2)将上述混合溶液转移到密闭的反应器中，在120 170°C下反应5 30h，然后冷却至室温经过滤洗涤得到单斜相羟基氧化锰纳米线。
2.根据权利要求1所述合成羟基氧化锰超细单晶纳米线的方法，其特征在于所述聚乙烯吡咯烷酮或十二烷基硫酸钠与高锰酸钾按物质的量之比为2 4. 2较佳。
3.根据权利要求2所述合成羟基氧化锰超细单晶纳米线的方法，其特征在于所述聚乙烯吡咯烷酮或十二烷基硫酸钠与高锰酸钾按物质的量之比为3 3. 5最佳。
4.根据权利要求1所述合成羟基氧化锰超细单晶纳米线的方法，其特征在于所述反应条件是，在130 160°C下，反应6 ^h。
5.根据权利要求1所述合成羟基氧化锰超细单晶纳米线的方法，其特征在于所述反应条件是，在140 150°C下，反应10 25h。
6.根据权利要求1所述合成羟基氧化锰超细单晶纳米线的方法，其特征在于所述反应条件是，在150°C下，反应15h。
全文摘要
一种合成羟基氧化锰(MnOOH)超细单晶纳米线的方法，该方法以高锰酸钾为原料，以聚乙烯吡咯烷酮(K30，K50等)，十二烷基硫酸钠等有机分子为还原剂，在密闭反应器中，于120-170℃的温度下进行水热反应，可以大批量制备出直径在10nm左右，不同长径比例的羟基氧化锰(MnOOH)超细单晶纳米线。该方法所涉及原料廉价易得，成本低，合成工艺简单易实现，产品质量稳定且工艺重复性能好；易此法所生产的纳米线可以经进一步加工得到更为广泛的锰氧化物材料，可用于锂离子电池等相关领域的基础研究与工艺应用。
文档编号C01G45/00GK102531064SQ20101059272
公开日2012年7月4日 申请日期2010年12月13日 优先权日2010年12月13日
发明者周成钢, 李小剑, 赵一 申请人:西安迈克森新材料有限公司