凝胶的数码相机照片，(a)图是以1mL烧杯为模具制备得到体积为4.4cm3圆柱状二氧化锰气凝胶，(b)图是以5mL烧杯为模具制备得到体积为3.3cm3圆柱状二氧化锰气凝胶。
[0034]附图2是得到的二氧化锰气凝胶的扫描电子显微镜照片。如图所示在很大的范围都展现了三维多孔结构，孔洞的平均孔径为60 μ m，孔壁骨架结构的平均长度为50 μ m，平均直径为3.Ο μπι。图a是正面图，图b是截面图。
[0035]附图3是得到的二氧化锰气凝胶的X射线衍射谱图。如图所示δ晶型的二氧化锰的四个衍射峰清晰可见，说明制备的二氧化锰气凝胶是S晶型。
[0036]实施例2
[0037]如同实施例1的各步操作，不同的是实施例1的步骤2)中将二氧化锰纳米片沉淀用乙醇和去离子水反复冲洗3次后加入12.5mL去离子水，然后将混合溶液超声30分钟得到棕褐色超薄二氧化锰纳米片胶体溶液，浓度是?lmg/mL ;而实施例2中加入的去离子水的体积是25mL，然后将混合溶液超声30分钟得到棕褐色的超薄二氧化锰纳米片胶体溶液，浓度是?0.50mg/mL ;进一步采用相同的方法制备二氧化猛气凝胶。制备的二氧化猛气凝胶是圆柱形的，体积是3.3cm3，质量为1.7mg，密度是0.51mg/cm3。
[0038]附图4是本例得到的二氧化锰气凝胶的扫描电子显微镜照片。如图所示在很大的范围都展现了三维多孔结构，孔洞的平均孔径为60 μπι，孔壁骨架结构的平均长度为60 μ m，平均直径为2.5 μ m。
[0039]实施例3
[0040]如同实施例1的各步操作，不同的是实施例1的步骤2)中将二氧化锰纳米片沉淀用乙醇和去离子水反复冲洗3次后加入12.5mL去离子水，然后将混合溶液超声30分钟得到棕褐色超薄二氧化锰纳米片胶体溶液，浓度是?lmg/mL ;而实施例3中加入的去离子水的体积是5mL，然后将混合溶液超声30分钟得到棕褐色的超薄二氧化锰纳米片胶体溶液，浓度是?2.5mg/mL ;进一步采用相同的方法制备二氧化锰气凝胶。制备的二氧化锰气凝胶是圆柱形的，体积是3.3cm3，质量为8.3mg，密度是2.5mg/cm3。
[0041]实施例4
[0042]如同实施例1的各步操作，不同的是实施例1的步骤3)中冷冻的温度是_20°C ；而实施例3中冷冻的温度是_40°C，进一步采用相同的方法制备二氧化锰气凝胶。制备的二氧化锰气凝胶是圆柱形的，体积是3.3cm3，密度是lmg/cm3，微观孔洞的平均孔径为50 μπι，孔壁骨架结构的平均长度为40 μm，平均直径为2.5 μπι。
[0043]实施例5
[0044]如同实施例1的各步操作，不同的是实施例1的步骤3)中冷冻的温度是_20°C ；而实施例4中冷冻的温度是_80°C，进一步采用相同的方法制备二氧化锰气凝胶。制备的二氧化锰气凝胶是圆柱形的，体积是3.3cm3，密度是lmg/cm3，微观孔洞的平均孔径为45 μπι，孔壁骨架结构的平均长度为35 μ m，平均直径为2.Ο μ m。
[0045]实施例6
[0046]如同实施例1的各步操作，不同的是实施例1的步骤3)中冷冻的温度是_20°C ；而实施例4中冷冻的温度是-196°C (液氮)，进一步采用相同的方法制备二氧化锰气凝胶。制备的二氧化猛气凝胶是圆柱形的，体积是3.3cm3，密度是lmg/cm3。
[0047]实施例7
[0048]如同实施例1的各步操作，不同的是实施例1的步骤1)是将3.20mmol的十二烷基硫酸钠溶解在32mL去离子水中，随后依次加入浓度为lOOmM的盐酸水溶液3.2mL，浓度为50mM的高锰酸钾水溶液3.2mL和281.6mL去离子水；混匀均匀后在95°C下加热3小时，得到深褐色的二氧化猛纳米片沉淀，质量为?12.5mg ;而实施例5的步骤1)改为将0.16mmol十二烷基硫酸钠溶解在32mL去离子水中，随后依次加入浓度为10mM的盐酸水溶液32mL，浓度为1mM的高锰酸钾水溶液3.2mL和281.6mL去离子水；混匀均匀后在95°C下加热3小时，得到深褐色的二氧化锰纳米片沉淀，质量为?2.5mg ;然后将二氧化锰纳米片沉淀用乙醇和去离子水反复冲洗3次后加入2.5mL去离子水，再将混合溶液超声30分钟得到棕褐色超薄二氧化猛纳米片胶体溶液，浓度是?lmg/mL ;进一步采用相同的方法制备二氧化猛气凝胶。冷冻的温度是-20°C，时间是8h ;真空冷冻干燥的温度为-80°C，时间为10h。制备的二氧化锰气凝胶是圆柱形的，体积是3.3cm3，密度是lmg/cm3。微观孔洞的平均孔径为55 μ m，孔壁骨架结构的平均长度为45 μ m，平均直径为2.8 μ m。
[0049]实施例8
[0050]如同实施例1的各步操作，不同的是实施例1的步骤I)是将3.20mmol十二烷基硫酸钠溶解在32mL去离子水中；随后依次加入浓度为10mM的盐酸水溶液3.2mL，浓度为50mM的高锰酸钾水溶液3.2mL和281.6mL去离子水；混匀均匀后在95°C下加热3小时，得到深褐色的二氧化锰纳米片沉淀，质量为?12.5mg ;而实施例6的步骤I)改为将
3.20mmol十二烷基硫酸钠溶解在32mL去离子水中；随后依次加入浓度为10mM的盐酸水溶液0.32mL，浓度为10mM的高锰酸钾水溶液3.2mL和281.6mL去离子水；混匀均匀后在75°C下加热10小时，得到深褐色的二氧化锰纳米片沉淀，质量为?25mg ;然后将二氧化锰纳米片沉淀用乙醇和去离子水反复冲洗3次后加入25mL去离子水，再将混合溶液超声90分钟得到棕褐色超薄二氧化锰纳米片胶体溶液，浓度是?lmg/mL ;进一步采用相同的方法制备二氧化锰气凝胶。冷冻的温度是_20°C，时间是Sh ;真空冷冻干燥的温度为_80°C，时间为10h。制备的二氧化猛气凝胶是圆柱形的，体积是3.3cm3，密度是lmg/cm3。微观孔洞的平均孔径为60 μ m，孔壁骨架结构的平均长度为55 μ m，平均直径为3.0 μ m。
[0051]应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换、简单组合等多种变形，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。
【主权项】
1.一种制备超轻二氧化锰气凝胶的方法，其步骤如下: 1)二氧化锰纳米片的制备: 将0.16?3.20mmol表面活性剂溶解在32mL去离子水中；随后依次加入浓度为100mM的酸的水溶液0.32?32mL、浓度为10?100mM的锰盐水溶液3.2mL和200?300mL去离子水；混合均匀后在75?95°C下加热3?10小时，得到深褐色的二氧化锰纳米片沉淀； 2)超薄二氧化锰纳米片胶体溶液的制备: 将步骤1)制备得到的二氧化锰纳米片沉淀用乙醇和去离子水反复冲洗进行纯化；然后向沉淀中加入2.5?25mL去离子水，超声30?90分钟得到棕褐色的超薄二氧化锰纳米片胶体溶液； 3)超轻二氧化锰气凝胶的制备: 将步骤2)制备得到的超薄二氧化锰纳米片胶体溶液进行冷冻，随后将冷冻的样品放入真空冷冻干燥机中干燥，从而制备得到超轻二氧化锰气凝胶。2.如权利要求1所述的一种制备超轻二氧化锰气凝胶的方法，其特征在于:酸为硫酸、盐酸、硝酸或冰醋酸中的一种。3.如权利要求1所述的一种制备超轻二氧化锰气凝胶的方法，其特征在于:表面活性剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基硫酸铵、十二烷基硫酸钾、正癸基硫酸钠、十四烷基硫酸钠或十二烷基聚氧乙醚硫酸钠中的一种。4.如权利要求1所述的一种制备超轻二氧化锰气凝胶的方法，其特征在于:锰盐为高锰酸钾、高锰酸钠、高锰酸钙或高锰酸铵中的一种。5.如权利要求1所述的一种制备超轻二氧化锰气凝胶的方法，其特征在于:步骤2)制得的超薄二氧化猛纳米片胶体溶液的浓度是0.5?2.5mg/mL。6.如权利要求1所述的一种制备超轻二氧化锰气凝胶的方法，其特征在于:步骤3)所述的冷冻的温度为_20°C?_196°C，时间为0.5?20小时。7.如权利要求1所述的一种制备超轻二氧化锰气凝胶的方法，其特征在于:步骤3)所述的真空冷冻干燥温度为-50?_80°C，时间为6?48小时。
【专利摘要】本发明属于气凝胶技术领域，具体涉及一种通过冰模板诱导超薄纳米片自组装制备超轻二氧化锰气凝胶的方法。本发明从制备超薄二氧化锰纳米片胶体溶液出发，利用冷冻时的冰晶模板效应诱导纳米片自组装，随后通过真空冷冻干燥过程，方便快捷地制备了超轻二氧化锰气凝胶。气凝胶展现了微观的三维多孔结构，孔洞的平均孔径为45～60μm，孔壁骨架结构的平均长度为35～60μm，平均直径为2.0～3.0μm。本发明制备的二氧化锰气凝胶密度可以低至0.51mg/cm3，是首次报道超轻(密度<1mg/cm3)二氧化锰气凝胶；且气凝胶具有高的纯度，以及高的结晶性，可广泛应用于电池、传感、催化等领域。
【IPC分类】C01G45/02
【公开号】CN105271422
【申请号】CN201510643709
【发明人】孙航, 许孔亮, 刘镇宁, 佘萍, 曾珊, 何沁容
【申请人】吉林大学
【公开日】2016年1月27日
【申请日】2015年10月8日