二氧化锰的制备方法1化学共沉淀法化学沉淀法是指在可溶性金属盐溶液中,控制适当反应条件(如:反应物浓度、反应温度、pH值等),使金属离子转化为水合氧化物或难溶化合物的沉淀,从而得到纳米颗粒的方法[12]。化学沉淀法将液相化学理论运用到合成高纯度纳米微粒的实验过程中,它是目前使用最广泛的合成方法。74281

根据发生沉淀时化学反应的原理和类型,化学沉淀法可以被细分为:水解法、还原法、共沉淀法等。化学沉淀法操作过程简单,合成条件要求低,可以应用于大规模的工业合成。冯杨柳等在无机盐水溶液中反应制备出了纳米二氧化锰[13]。常照荣等使化学沉淀法在溶液中反应制备了三种均为无定型的粉末状二氧化锰样品,经过检测发现,制备的样品具有良好的电化学性能[14]。BenxiaLi等在低温(60℃)条件下,以KMnO4和稀硫酸为原料,通过化学沉淀法,不使用模板和表面活性剂,大规模制备了新型的空心海胆状α-MnO2。所制备的空心海胆状样品是中空结构,因此其具有较高的比表面积132m2/g,预计这有助于提高锂电池的电化学性质。当空心海胆状的二氧化锰用作锂电池的的正极材料时,它的表现比其他形态二氧化锰(实心海胆状和分散纳米棒)更好,这表明电极材料的电化学性能与其形貌有关。此合成方法简单廉价,能够促进空心海胆状α-MnO2的大规模生产[15]。但是,化学沉淀法也具有产物均匀性差的缺点,在合成纳米材料的过程中容易出现产物团聚的现象。

2低温热固法

低温热固相反应是应用固相化学反应的原理,在低温或室温条件下制备纳米二氧化锰的方法,是目前比较前沿的制备纳米二氧化锰的方法,近几年的发展十分迅速。

胡洁等采用低温热固法,以醋酸锰、碳酸氢铵和碳纳米管(CNT)为原料制备得到得到二氧化锰前驱体,再经过相应的后处理,获得性能优良的纳米MnO2/CNT复合电极,并达到了改良纳米二氧化锰超级电容器充放电稳定性的目的[16]。龚良玉成功地用低热固相氧化法合成了棒状纳米二氧化锰,并对合成产物的晶型和形貌进行了表征[17]。论文网

与传统方法相比,低温热固相反应最大的特点在于反应温度降至室温或接近室温(≤100℃)。传统的固相合成法获得的产物高温下具有稳定性,但是反应中介稳的中间产物一般只能在相对低的温度下保持化学稳定性。为了获得热稳定性高的固相产物,扩大制备纳米材料时原材料的选择范围,降低固相合成反应的温度是很有必要的。因此,低温热固法减少了高温加热这一反应条件。在低温下合成,克服了常规固相反应中由于高温和中间步骤的原因出现的微粒团聚、晶化时间过长、制备产率低下等缺点。此外,与其他化学合成方法相比,低温热固法无需加热,节约能源,无需有机溶剂、污染小、对人体低毒害等优点,符合绿色化学的发展趋势。

3水热法

水热合成法是指在温度为100~1000℃、压力为1MPa~1GPa条件下利用水溶液中反应物发生化学反应,进行材料合成的方法。在亚临界和超临界水热条件下,水溶液中的化学反应处于分子水平,反应机理与固相反应机理不同,反应活性比起其他反应条件下有所提高,所以比起某些固相反应,水热反应应用于新型材料的合成具有很大的优点。

雷晓玲等在不借助表面活性辅助剂的情况下,通过水热法的简单步骤直接合成了α-MnO2纳米线[18]。亓淑艳等使用不同的原料利用水热法制备出海胆状和纳米线形二氧化锰,并发现海胆状二氧化锰具有更好的电容性能[19]。JianzhiZhao等不使用任何模板和表面活性剂通过简单的水热法合成了不同形貌的纳米多孔的γ-MnO2。在这个反应中,通过改变反应条件可以选择性地制备纳米多孔中空微球和纳米立方体二氧化锰。实验发现,NH4HCO3和热溶液是制备空心微球二氧化锰的必要条件,前者的热分解会导致形成纳米多孔结构。实验中制备的中空纳米微球初始可逆容量为1071。1mA/g和1041mA/g,用作锂离子电池负极材料具有广阔的应用前景[20]。

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