CN103193273A - 一种超长二氧化锰纳米线的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超长二氧化锰纳米线的制备方法，该方法以硫酸锰为还原剂，氯酸钾为氧化剂，以醋酸钾与醋酸为添加剂，在聚四氟乙烯内衬的高压釜中，于140~200℃下水热反应6~24h，自然冷却后，产物洗涤、过滤、干燥即可得直径为50~150纳米，长度大于100μm的超长二氧化锰纳米线；本发明可一步合成超长二氧化锰纳米线，合成温度较低，且生产成本较低，符合大规模工业应用的条件，有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于无机纳米材料技术领域，涉及一种超长二氧化锰纳米线的制备方法。
背景技术
二氧化锰是一种具有重要工业用途的氧化物，它具有离子交换和分子吸附性能，可作为离子筛、分子筛和催化剂，同时它又具有优越的电化学和磁学性能，可用作锂离子电池的正极材料和新型磁性材料。同时纳米材料特异的性质，比如一维二氧化锰纳米线有利于电子的传导。如已有文献英国《化学通讯》（Chemical Communications, 2011年4期1264页）报道一维的二氧化锰纳米线可以用于超级电容器。而且也有文献美国《纳米快报》（Nano Letters, 2010年10期3852页）报道二氧化锰纳米线也可以用于制备锰酸锂纳米线材料。
目前制备二氧化锰纳米线的制备方法比较多，主要有溶胶-凝胶法，水热法，沉淀法，电纺丝法，气相沉积法等。气相沉积法可制得晶型结构好，纯度高，尺寸分布均匀二氧化锰的纳米线，且重复性好；但气相沉积法一般需要高温反应，这也就决定了它对设备要求较高，投资较大，操作条件比较苛刻等。液相法反应条件相对来说容易实现，且能够添加很多添加剂来调控二氧化锰纳米线的生长，因此现在多采用液相法制备二氧化锰纳米线。但除了水热法外，一般液相法均需要经过高温煅烧，这不仅消耗大量能源，而且所得产物容易团聚，导致尺寸分布不均匀，如中国专利201010614448.4所用溶胶-凝胶法制备二氧化锰纳米线就需要进一步煅烧。水热反应是在非受限条件下进行，与其他湿化学法相比具有反应条件友好，低温，不需要煅烧可直接在溶液中得到产物，且产品纯度高，尺寸分布均匀等优点。关于水热法制备二氧化锰纳米线，已有文献德国《先进材料》（Advanced Materials, 2004年19期1729页）有所报道。同时也有部分中国专利对二氧化锰纳米线进行了报道，如02100707.1，200510014876.2，201210193021.0等。
但是目前方法都无法在温和条件下制备长度大于100 μm的二氧化锰纳米线，而且以醋酸与醋酸钾为添加剂来控制二氧化锰超长纳米线的制备尚未有文献或者专利报道。鉴于醋酸根离子对于生长材料生长时对侧面有保护作用，在本专利中，我们以醋酸与醋酸钾为添加剂，在水热条件下制备了超长二氧化锰纳米线。
发明内容
本发明之目的在于以克服现有技术的缺点，提供一种超长二氧化锰纳米线的制备方法。
本发明目的的通过如下技术方案实现：
一种超长二氧化锰纳米线的制备方法，包括以下步骤：
将浓度为1 ~3 mol/L 的还原剂硫酸锰与等摩尔的氧化剂氯酸钾，浓度为 0.5 ~1.5 mol/L的醋酸钾与等摩尔的醋酸为添加剂加入到水中搅拌形成均匀溶液，而后进行水热反应，再经洗涤过滤、烘干后即可得到超长二氧化锰纳米线。
所述还原剂硫酸锰及氧化剂氯酸钾的摩尔浓度为1.5~2 mol/L。
所述添加剂醋酸钾及醋酸的摩尔浓度为0.75 ~1 mol/L。
所述的水热反应温度为140~200 ℃，水热反应时间为6~24 h。
该方法以硫酸锰为还原剂，氯酸钾为氧化剂，以醋酸钾与醋酸为添加剂，在聚四氟乙烯内衬的高压釜中，于140~200 ℃下水热反应6~24 h，即可得到超长二氧化锰纳米线。
为进一步实现本发明，所述水热温度优选在160~180 ℃，所述的还原剂与氧化剂的浓度优选为1.5～2 mol/L，醋酸钾与醋酸添加剂的浓度优选为0.75 ~1 mol/L。
本发明的有益效果是：
本发明提供了一种超长二氧化锰纳米线的制备方法，与其他湿化学法相比具有环境友好，低温，可在溶液中可直接得到产物的优点。并且产物二氧化锰纳米线尺寸长度大于100 μm，直径在50~150 nm之间，分布均匀，而且表面富含大量的羟基有利于进一步改性。
附图说明
图1 本发明实施例2制备的二氧化锰纳米线的XRD谱图。
图2本发明实施例4制备的二氧化锰纳米线的扫描电镜图。
图3本发明实施例7制备的二氧化锰纳米线的透射电镜图。
具体实施方式：
实施例1：
将2 mol/L的硫酸锰、氯酸钾和1mol/L的醋酸钾与醋酸加入到水中，搅拌至混合均匀。然后转入带有聚四氟乙烯内衬的高压釜中，恒温箱内160 ℃反应12 h后，经洗涤过滤、烘干后得到二氧化锰超长纳米线。
实施例2：
将1 mol/L的硫酸锰、氯酸钾和1mol/L的醋酸钾与醋酸加入到水中，搅拌至混合均匀。然后转入带有聚四氟乙烯内衬的高压釜中，恒温箱内160 ℃反应12 h后，经洗涤过滤、烘干后得到二氧化锰超长纳米线。
实施例3：
将2 mol/L的硫酸锰、氯酸钾和1.5 mol/L的醋酸钾与醋酸加入到水中，搅拌至混合均匀。然后转入带有聚四氟乙烯内衬的高压釜中，恒温箱内160 ℃反应12 h后，经洗涤过滤、烘干后得到二氧化锰超长纳米线。
实施例4：
将2 mol/L的硫酸锰、氯酸钾和1.5 mol/L的醋酸钾与醋酸加入加入到水中，搅拌至混合均匀。然后转入带有聚四氟乙烯内衬的高压釜中，恒温箱内140 ℃反应12 h后，经洗涤过滤、烘干后得到二氧化锰超长纳米线。
实施例5：
将3 mol/L的硫酸锰、氯酸钾和1.5 mol/L的醋酸钾与醋酸加入到水中，搅拌至混合均匀。然后转入带有聚四氟乙烯内衬的高压釜中，恒温箱内180 ℃反应12 h后，经洗涤过滤、烘干后得到二氧化锰超长纳米线。
实施例6：
将3 mol/L的硫酸锰、氯酸钾和2 mol/L的醋酸钾与醋酸加入到水中，搅拌至混合均匀。然后转入带有聚四氟乙烯内衬的高压釜中，恒温箱内200 ℃反应12 h后，经洗涤过滤、烘干后得到二氧化锰超长纳米线。
实施例7：
将1 mol/L的硫酸锰、氯酸钾和0.5 mol/L的醋酸钾与醋酸加入到水中，搅拌至混合均匀。然后转入带有聚四氟乙烯内衬的高压釜中，恒温箱内160 ℃反应6 h后，经洗涤过滤、烘干后得到二氧化锰超长纳米线。
实施例8：
将1 mol/L的硫酸锰、氯酸钾和1mol/L的醋酸钾与醋酸加入到水中，搅拌至混合均匀。然后转入带有聚四氟乙烯内衬的高压釜中，恒温箱内160℃反应24 h后，经洗涤过滤、烘干后得到二氧化锰超长纳米线。
Claims (5)
1.一种超长二氧化锰纳米线的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
将浓度为1 ~3 mol/L 的还原剂硫酸锰与等摩尔的氧化剂氯酸钾，浓度为 0.5 ~1.5 mol/L的醋酸钾与等摩尔的醋酸为添加剂加入到水中搅拌形成均匀溶液，而后进行水热反应，再经洗涤过滤、烘干后即得到超长二氧化锰纳米线。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述还原剂硫酸锰及氧化剂氯酸钾的摩尔浓度为1.5~2 mol/L。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述添加剂醋酸钾及醋酸的摩尔浓度为0.75 ~1 mol/L。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述的水热反应温度为140~200 ℃，水热反应时间为6~24 h。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述的水热反应温度为160~180 ℃。
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