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CN110482611A - 一种快速沉淀制备碱性氧化锰纳米片自组装三维球的方法 - Google Patents

一种快速沉淀制备碱性氧化锰纳米片自组装三维球的方法 Download PDF

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CN110482611A
CN110482611A CN201910840179.4A CN201910840179A CN110482611A CN 110482611 A CN110482611 A CN 110482611A CN 201910840179 A CN201910840179 A CN 201910840179A CN 110482611 A CN110482611 A CN 110482611A
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侴术雷
赖伟鸿
李用成
李东祥
李亚书
宫毅涛
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Liaoning Xingkong Sodium Battery Co Ltd
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Abstract

本发明提供一种快速沉淀制备碱性氧化锰纳米片自组装三维球的方法，在未来的工业化大量应用生产显得尤为重要。该方法在制备材料中具有高效、快速、简洁等多种优秀特征，克服了沉淀反应的快速析晶导致的调控三维纳米片自组装球的纳米材料的巨大挑战性，制备出三维纳米片自组装球的纳米材料碱性氧化锰，MnCO3具有低溶解度，在水解平衡中可以缓慢的释放出Mn2+离子，使得材料在生长过程中可以定向的按照三维纳米片自组装球的方向生长。本发明提供一种具有优异性能的碱性氧化锰纳米片的形貌和物相调控方法。该方法具有成本低、反应速率快、反应温和易控、节能环保、产物纯度高且形貌新颖等优势。

Description

一种快速沉淀制备碱性氧化锰纳米片自组装三维球的方法
技术领域
本发明涉及纳米材料制备技术领域，具体涉及一种快速沉淀制备碱性氧化锰纳米片自组装三维球的方法。
背景技术
碱性氧化锰属于金属氢氧化物，是一种十分重要的纳米材料分支，但是相较于单纯的纳米片，由纳米片自组装的三维球形不仅可以保持纳米片原有的物理化学性质，并且可以获得具有更高的振实密度，更加有利于工业上的应用。现有制备三维纳米片自组装球的MnOOH纳米材料的方法主要是利用水热法以及溶剂热法，在表面活性剂辅助下使得材料沿特定方向进行生长。该方法耗时长、成本高、需在高温高压下进行，难以大规模生产。
为了克服现有技术存在的不足，制备出三维纳米片自组装球的纳米材料MnOOH，本发明专利提供一种具有优异性能的MnOOH纳米片的形貌和物相调控方法，利用微溶性盐碳酸锰（MnCO3）和氢氧化钠（NaOH）为沉淀剂快速沉淀出目标材料。MnCO3具有低溶解度，在水解平衡中可以缓慢的释放出Mn2+离子，平衡材料的生长速度和扩散速度，使得材料在生长过程中可以定向的按照三维纳米片自组装球的方向生长。
发明内容
针对现有技术不足或改进需求，本发明提供一种快速沉淀制备碱性氧化锰纳米片自组装三维球的方法，在未来的工业化大量应用生产显得尤为重要。该方法在制备材料中具有高效、快速、简洁等多种优秀特征，克服了沉淀反应的快速析晶导致的调控三维纳米片自组装球的纳米材料的巨大挑战性，制备出三维纳米片自组装球的纳米材料MnOOH，利用微溶性盐碳酸锰（MnCO3）和氢氧化钠（NaOH）为沉淀剂快速沉淀出目标材料。MnCO3具有低溶解度，在水解平衡中可以缓慢的释放出Mn2+离子，使得材料在生长过程中可以定向的按照三维纳米片自组装球的方向生长。本发明提供一种具有优异性能的碱性氧化锰纳米片的形貌和物相调控方法。
为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
本发明提供一种快速沉淀制备碱性氧化锰纳米片自组装三维球的方法，本方法以硫酸锰、碳酸钠和氢氧化钠（NaOH）为原料，水为溶剂，通过液相沉淀法进行合成，通过如下技术方实现：
步骤一，将0.1~0.5mol硫酸锰和0.1~0.5mol碳酸钠分别溶解在15~20mL水中，并以300~500r/min持续搅拌5~10min，得硫酸锰水溶液和碳酸钠水溶液；
步骤二，将硫酸锰水溶液和碳酸钠水溶液混合，持续搅拌，可见有微溶性MnCO3析出，将析出的MnCO3用水或乙醇水溶液清洗2~3次后，于60~80℃干燥8~12小时；
步骤三，将MnCO3与水混合配置成浓度为0.01~0.015mol/L的MnCO3溶液，取15~20mLMnCO3溶液和15~20mL浓度为0.041~0.05mol/L的NaOH溶液分别与15~20mL水混合，并以300~500r/min持续搅拌5~10 min，即得碳酸锰水溶液和氢氧化钠水溶液；
步骤四，将上述碳酸锰水溶液和氢氧化钠水溶液混合，继续搅拌10~20min，可见有沉淀物析出；
步骤五，将析出沉淀物在离心机中以4000~5000r/min离心3~5 min，得固体沉淀物；
步骤六，将上述固体沉淀物用水或乙醇水溶液清洗2~3次后，于60~80℃干燥8~12小时，即得到目标产物三维纳米片自组装球的碱性氧化锰。
所述步骤二和步骤六中所用乙醇水溶液中乙醇含量可以为96~100 %。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：利用微溶性盐碳酸锰（MnCO3）和氢氧化钠（NaOH）为沉淀剂快速沉淀出目标材料。MnCO3具有低溶解度，在水解平衡中可以缓慢的释放出Mn2+离子，使得材料在生长过程中可以定向的按照三维纳米片自组装球的方向生长。该方法在制备材料中具有高效、快速、简洁等多种优秀特征，克服沉淀反应的快速析晶导致的调控二维纳米材料的巨大挑战性，制备出三维纳米片自组装球的碱性氧化锰。
附图说明
图1为实施例1中三维纳米片自组装碱性氧化锰球X射线衍射图。
图2为实施例1中三维纳米片自组装碱性氧化锰球扫描电子显微镜测试图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的制备方法做进一步说明：
实施例1：
将0.1mol硫酸锰和0.1mol碳酸钠分别溶解在15mL水中，并以300r/min持续搅拌5min，得硫酸锰水溶液和碳酸钠水溶液；将硫酸锰水溶液和碳酸钠水溶液混合，持续搅拌，可见有微溶性MnCO3析出，将析出的MnCO3用水清洗3次后，于80℃干燥12小时；将MnCO3与水混合配置成浓度为0.01mol/L的MnCO3溶液，取15mLMnCO3溶液和15mL浓度为0.041mol/L的NaOH溶液分别与15mL水混合，并以300r/min持续搅拌10 min，即得碳酸锰水溶液和氢氧化钠水溶液；将上述碳酸锰水溶液和氢氧化钠水溶液混合，继续搅拌10min，可见有沉淀物析出；将析出沉淀物在离心机中以4000 r/min离心3min，得固体沉淀物；将上述固体沉淀物用水清洗3次后，于60℃干燥12小时，即得到目标产物三维纳米片自组装球的碱性氧化锰，见附图1，图2。
实施例2：
将0.1mol硫酸锰和0.1mol碳酸钠分别溶解在15mL水中，并以300r/min持续搅拌5min，得硫酸锰水溶液和碳酸钠水溶液；将硫酸锰水溶液和碳酸钠水溶液混合，持续搅拌，可见有微溶性MnCO3析出，将析出的MnCO3用水清洗3次后，于80℃干燥12小时；将MnCO3与水混合配置成浓度为0.015mol/L的MnCO3溶液，取15mLMnCO3溶液和15mL浓度为0.05mol/L的NaOH溶液分别与15mL水混合，并以300r/min持续搅拌10 min，即得碳酸锰水溶液和氢氧化钠水溶液；将上述碳酸锰水溶液和氢氧化钠水溶液混合，继续搅拌10min，可见有沉淀物析出；将析出沉淀物在离心机中以4000 r/min离心3min，得固体沉淀物；将上述固体沉淀物用水清洗3次后，于60℃干燥12小时，即得到目标产物三维纳米片自组装球的碱性氧化锰。
实施例3：
将0.1mol硫酸锰和0.1mol碳酸钠分别溶解在15mL水中，并以300r/min持续搅拌5min，得硫酸锰水溶液和碳酸钠水溶液；将硫酸锰水溶液和碳酸钠水溶液混合，持续搅拌，可见有微溶性MnCO3析出，将析出的MnCO3用水清洗3次后，于80℃干燥12小时；将MnCO3与水混合配置成浓度为0.015mol/L的MnCO3溶液，取20mLMnCO3溶液和20mL浓度为0.041mol/L的NaOH溶液分别与15mL水混合，并以300r/min持续搅拌10 min，即得碳酸锰水溶液和氢氧化钠水溶液；将上述碳酸锰水溶液和氢氧化钠水溶液混合，继续搅拌10min，可见有沉淀物析出；将析出沉淀物在离心机中以4000r/min离心3min，得固体沉淀物；将上述固体沉淀物用水清洗3次后，于60 ℃干燥12小时，即得到目标产物三维纳米片自组装球的碱性氧化锰。

Claims (2)

1.一种快速沉淀制备碱性氧化锰纳米片自组装三维球的方法，其特征在于，本方法以硫酸锰、碳酸钠和氢氧化钠（NaOH）为原料，水为溶剂，通过液相沉淀法进行合成，通过如下技术方实现：
步骤一，将0.1~0.5mol硫酸锰和0.1~0.5mol碳酸钠分别溶解在15~20mL水中，并以300~500r/min持续搅拌5~10min，得硫酸锰水溶液和碳酸钠水溶液；
步骤二，将硫酸锰水溶液和碳酸钠水溶液混合，持续搅拌，可见有微溶性MnCO3析出，将析出的MnCO3用水或乙醇水溶液清洗2~3次后，于60~80℃干燥8~12小时；
步骤三，将MnCO3与水混合配置成浓度为0.01~0.015mol/L的MnCO3溶液，取15~20mLMnCO3溶液和15~20mL浓度为0.041~0.05mol/L的NaOH溶液分别与15~20mL水混合，并以300~500r/min持续搅拌5~10 min，即得碳酸锰水溶液和氢氧化钠水溶液；
步骤四，将上述碳酸锰水溶液和氢氧化钠水溶液混合，继续搅拌10~20min，可见有沉淀物析出；
步骤五，将析出沉淀物在离心机中以4000-5000r/min离心3~5 min，得固体沉淀物；
步骤六，将上述固体沉淀物用水或乙醇水溶液清洗2~3次后，于60~80℃干燥8~12小时，即得到目标产物三维纳米片自组装球的碱性氧化锰。
2.根据权利要求1所述的一种快速沉淀制备碱性氧化锰纳米片自组装三维球的方法，其特征在于，所述步骤二和步骤六中所用乙醇水溶液中乙醇含量可以为96~100 %。
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