专利名称：一种具有空心圆锥体形貌的纳米三氧化二锰的制备方法
技术领域：
本发明涉及纳米材料领域，尤其是一种空心纳米圆锥体形貌的三氧化二锰的制备方法。
背景技术：
能源是人类社会生存和发展的重要基础。近年来，随着微电子技术的迅猛发展，作为后备电源的传统电容器已难以满足日益增长的储能要求，为多功能的电子产品提供大功率后备电源越来越受到广大电化学领域工作者的关注。锂离子电池以及超级电容器作为当今最热门的储能元件，它们的性能主要取决于所用的电极材料。电极材料的好坏直接影响储能性。因此制备具有高电容量的新材料或改进现有电极材料的性能是目前最重要的研究方向。在众多电极材料中，氧化锰具有高的理论电容量、宽的电势窗口以及价格低廉等优点，并且适合于中性电解质，避免了强酸强碱电解质对集流体、电容器外壳等的腐蚀，从而使得氧化锰基超级电容器的组装和使用更绿色、更安全、更方便，因而受到了科研工作者的广泛关注，作为能源设备电极材料的应用前景非常可观。氧化锰的形貌在很大程度上影响它的电化学性能。目前，氧化锰电极材料的报道已涉及多种形貌，如文献(Jiang Hao,Zhao Ting，Yan Chaoy1.Hydrothermal synthesis of novel Mn3O4 nano-octahedronswith enhance d supercapacitors performances.NANOSCALE, 2010，2(10):2195-2198.)采用水热法合成了四氧化三锰八面体结构应用于超级电容器电极材料，这种特殊的结构表现出优异的电化学性能；文献(Yuanfu Deng, Zhanen L1.Porous Mn2O3 microphereas a superior anode material for lithium ion batteries.RSC Advances,2012,2:4645-4647.)成功制备了 Mn2O3多孔微球并将其作为锂离子电池负极材料，表现出良好的电化学性能。但是，上述文献中报道的氧化锰空心结构主要依赖于硬模板法。到目前为止，有关空心圆锥体结构的氧化锰还未见报道。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是公开一种空心纳米圆锥体结构的Mn2O3的制备方法，以克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种成本低廉、操作简单，无需复杂设备的Mn2O3空心纳米圆锥体的制备方法。具体技术方案如下:
一种具有空心圆锥体形貌的纳米三氧化二锰的制备方法，包括如下步骤:将P123 (全称:聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物)和硝酸锰溶解在水溶液中，然后加入碳粉超声分散，再加入高锰酸钾搅拌均匀，在100 160°C下水热反应2 12h后，冷却至室温，收集反应产物，在空气气氛中50 80°C下干燥4 8h，然后在500 600°C下焙烧2 6h，即可得到所述具有空心圆锥体形貌的纳米三氧化二锰。其中，P123与碳粉的重量比为1:1 5:1，碳粉与高锰酸钾的重量比为1:8 2:3 ;硝酸锰在水溶液中的摩尔浓度为0.2mol/L 0.6mol/L,高锰酸钾和硝酸锰的摩尔比为1:1~2:1。所述碳粉为碳纳米管或活性炭。所述硝酸锰为四水硝酸锰。所述空心圆锥体的空腔直径为60 lOOnm、壁厚为20 30nm。本发明的制备方法反应过程简单，易控制。该三氧化二锰结构新颖，在能量储存、催化等领域有良好的应用前景。
图1是MnO2空心纳米圆锥体/CNTs复合材料的扫描电镜照片；
图2是产物具有空心圆锥体形貌的纳米Mn2O3的透射电镜照片；
图3是产物具有空心圆锥体形貌的纳米Mn2O3的XRD曲线。
具体实施例方式下面对本发明的实施例做详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。实施例1
将0.1g P123溶于30ml去 离子水中，然后加入30mg碳纳米管，超声分散后加入4ml
0.2mol/L硝酸锰溶液，搅拌， 超声分散2h，再向溶液中滴加IOml 0.lmol/L的高锰酸钾溶液，随后将混合溶液转移至50ml水热爸中，在130°C的温度下水热反应6h,最后冷却至室温，抽滤、洗涤，60°C干燥6h。得到的是均匀掺杂的二氧化锰空心纳米圆锥体/碳纳米管复合材料(扫描电镜照片如图1所示)，将产物转移至管式炉中，在550°C的空气条件下焙烧4h。得到的是高纯度的具有空心圆锥体形貌的纳米Mn2O3，透射电镜照片如图2所示，XRD曲线如图3所示。实施例2
将0.1g P123溶于30ml去离子水中，然后加入60mg碳纳米管，超声分散后加入Iml
0.6mol/L硝酸锰溶液，搅拌，超声分散2h，再向溶液中滴加IOml浓度为0.lmol/L的高锰酸钾溶液，随后将混合溶液转移至50ml水热釜中，在120°C的温度下水热反应5h，最后冷却至室温，抽滤、洗涤，60°C干燥6h。得到的是均匀掺杂的二氧化锰空心纳米圆锥体/碳纳米管复合材料，将产物转移至管式炉中，在550°C的空气条件下焙烧6h。得到的是高纯度的具有空心圆锥体形貌的纳米Μη203。实施例3
将0.1g P123溶于30ml去离子水中，然后加入30mg活性炭，超声分散后加入1.5ml
0.5mol/L硝酸锰溶液，搅拌，超声分散2h，再向溶液中滴加IOml 0.lmol/L的高锰酸钾溶液，随后将混合溶液转移至50ml水热爸中，在120°C的温度下水热反应6h,最后冷却至室温，抽滤、洗涤，60°C干燥6h。得到的是均匀掺杂的二氧化锰空心纳米圆锥体/活性炭复合材料，将产物转移至管式炉中，在550°C的空气条件下焙烧2h。得到的是高纯度的具有空心圆锥体形貌的纳米Mn2O3。
权利要求
1.一种具有空心圆锥体形貌的纳米三氧化二锰的制备方法，其特征在于，包括如下步骤:将P123和硝酸锰溶解在水溶液中，然后加入碳粉超声分散，再加入高锰酸钾搅拌均匀，在100 160°C下水热反应2 12h后，冷却至室温，收集反应产物，在空气气氛中50 80°C下干燥4 8h，然后在500 600°C下焙烧2 6h，即可得到所述具有空心圆锥体形貌的纳米二氧化二猛。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，其中，P123与碳粉的重量比为1:1 5:1，碳粉与高锰酸钾的重量比为1:8 2:3 ;硝酸锰在水溶液中的摩尔浓度为0.2mol/L 0.6mol/L，高锰酸钾和硝酸锰的摩尔比为1:1 2:1。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碳粉为碳纳米管或活性炭。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述硝酸锰为四水硝酸锰。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述空心圆锥体的空腔直径为60 lOOnm、壁厚为 20 30nm。
全文摘要
本发明公开了一种具有空心圆锥体形貌的三氧化二锰纳米结构及其制备方法，所述空心圆锥体空腔直径60～100nm，壁厚20～30nm。制备方法如下以三嵌段共聚物PEO-PPO-PEO(P123)为结构导向剂，将其溶解到水溶液中，然后加入共还原剂碳粉和硝酸锰，分散混合后加入高锰酸钾搅拌一段时间，然后在一定温度下进行水热处理，洗净后即可得到二氧化锰空心圆锥体/碳复合材料。随后将其在550℃空气中焙烧一段时间，得到高纯度的三氧化二锰空心纳米圆锥体。本发明的制备方法反应过程简单，易控制。该三氧化二锰结构新颖，在能量储存、催化等领域有良好的应用前景。
文档编号C01G45/02GK103121725SQ20131009646
公开日2013年5月29日 申请日期2013年3月25日 优先权日2013年3月25日
发明者江浩, 李春忠, 戴义辉, 陈维纳 申请人:华东理工大学