一种高机械强度的银掺杂二氧化锰气凝胶的制备方法技术

本发明专利技术属于催化剂制备领域，涉及一种高机械强度的银掺杂二氧化锰气凝胶的制备方法。本发明专利技术提供一种高机械强度的银掺杂二氧化锰气凝胶，所述二氧化锰气凝胶中掺杂有银元素，其化学成分符合化学通式：Ag‑K2‑xMn8O16，其中，0＜

【技术实现步骤摘要】
一种高机械强度的银掺杂二氧化锰气凝胶的制备方法
本专利技术属于催化剂制备领域，涉及一种高机械强度的银掺杂二氧化锰气凝胶的制备方法。
技术介绍
随着城市化的不断发展和能源成本的不断提高，人们对于材料的性能也提出了更高的要求。气凝胶作为低密度、高孔隙率的材料，其在能源转化和储藏、传感器、催化转化、选择性吸附和脱附、绝热等方面具有非常大的应用前景。气凝胶的合成方法通常是模板法和溶胶-凝胶法。但是两种方法都有一定的缺点而限制其应用。比如严重依赖模板、制作方法复杂、机械强度低等问题。二氧化锰作为过渡金属氧化物，其资源丰富、价格低廉、环境友好、晶型结构丰富，可设计性强、电化学性能好等优点逐渐在电催化和催化剂载体等方面广泛应用。将气凝胶的优点和二氧化锰本身的优势结合起来开发高强度、廉价、环境友好的电催化剂和催化剂载体具有十分重要的意义。文建国等以高锰酸钾和反丁烯二酸为原料，采用溶胶-凝胶法和超临界干燥法制备二氧化锰气凝胶(无机材料学报，2009，24，521)。Jung等人)有报道在不使用模板和支撑材料的前提下通过自组装的方法，使纳米线相互交联，从而来制备气凝胶材料(NanoLett.2014,14)。专利(201510643709.8)通过冰模板法制备δ-MnO2二氧化锰纳米片气凝胶。但是以上方法制备的气凝胶机械强度都不是很高，严重限制了其应用。因此，一种迫切需要一种高强度的二氧化锰气凝胶制备方法。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种高机械强度的银掺杂二氧化锰气凝胶的制备方法，用于解决现有技术中缺乏高机械强度的二氧化锰气凝胶的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术第一方面提供一种高机械强度的银掺杂二氧化锰气凝胶，所述二氧化锰气凝胶中掺杂有银元素，其化学成分符合化学通式：Ag-K2-xMn8O16，其中，0＜x＜2。所述银掺杂二氧化锰气凝胶的具体晶相结构符合PDF44-1396晶相结构。上述化学通式Ag-K2-xMn8O16中，K2-xMn8O16的元素右下标数字及字母均代表各对应元素的摩尔比例关系。优选地，所述银(Ag)元素添加量以银掺杂二氧化锰气凝胶(Ag-K2-xMn8O16)的总质量计，其所占质量百分比为大于0且小于等于50％(0＜Ag≤50％)。更优选地，所述银(Ag)元素添加量以银掺杂二氧化锰气凝胶(Ag-K2-xMn8O16)的总质量计，其所占质量百分比为10％。优选地，所述Ag-K2-xMn8O16的微观结构为纳米线。所述纳米线的长度可达几十微米。所述纳米线的长度不均一。所述纳米线构成气凝胶。本专利技术第二方面提供一种高机械强度的银掺杂二氧化锰气凝胶的制备方法，包括以下步骤：1)取锰前驱体溶于水后，再加入氧化剂，配成溶液A；2)将溶液A第一次搅拌至澄清后，加入催化相，进行第二次搅拌后配成溶液B；3)将溶液B进行水热反应，获得固体C；4)将固体C冷冻干燥后，即得所述二氧化锰气凝胶。所述前驱体是指目标产物的雏形样品，即在经过某些步骤就可实现目标产物的前级产物。优选地，步骤1)中，所述锰前驱体为化合价为正二价的锰(Mn2+)盐。更优选地，所述Mn2+盐选自硝酸锰(Ⅱ)Mn(NO3)2、硫酸锰(Ⅱ)MnSO4、醋酸锰(Ⅱ)Mn(CH3COO)2中的一种。进一步优选地，所述Mn2+盐为硫酸锰(Ⅱ)。优选地，步骤1)中，所述水为超纯水。优选地，步骤1)中，所述氧化剂为高锰酸钾(KMnO4)。优选地，步骤1)中，所述水使用的体积为反应器体积的65-75％。更优选地，所述水使用的体积为反应器体积的70％。所述反应器为水热釜。优选地，步骤1)中，所述锰前驱体与氧化剂的摩尔比为3：2-10。所述锰前驱体与氧化剂可以根据所需进行调节配比。以得到不同性质的产物。优选地，步骤2)中，所述第一次搅拌时间为10-20min。更优选地，所述第一次搅拌时间为15min。优选地，步骤2)中，所述催化相为银(Ag)前驱体。所述催化相能够加速反应。更优选地，所述银前驱体为单质银(Ag)或含银化合物。所述银(Ag)前驱体的可以以不同的形式或价态进行加入。所述不同的形式为化合物或单质。进一步优选地，所述单质银为Ag片。进一步优选地，所述含银化合物为含化合价为正一价银(Ag+)的化合物。最优选地，所述含化合价为正一价银(Ag+)的化合物选自一氧化银(AgO)，过氧化银(Ag2O2)，硝酸银(AgNO3)，硫酸银(Ag2SO4)中的一种。优选地，步骤2)中，所述催化相的添加量，按银(Ag)元素添加量在Ag-K2-xMn8O16中所占质量百分比为大于0且小于等于50％(0＜Ag≤50％)计，通过Ag-K2-xMn8O16中Ag元素与催化相中Ag元素之间的摩尔比为1：1，换算获得。所述催化相可以根据需要进行添加，以制备不同特征的Ag-K2-xMn8O16纳米线，从而进一步获得不同机械强度的Ag-K2-xMn8O16气凝胶。更优选地，所述催化相的添加量，按银(Ag)元素添加量在Ag-K2-xMn8O16中所占质量百分比为10％计，通过Ag-K2-xMn8O16中Ag元素与催化相中Ag元素之间的摩尔比为1：1，换算获得。具体计算时，根据银掺杂二氧化锰气凝胶(Ag-K2-xMn8O16)产物中Ag元素添加量的质量百分比，获得产物中K2-xMn8O16的质量百分比，通过K2-xMn8O16中的摩尔比例关系，分别计算获得各元素所占的质量百分比，再将其折算为摩尔量，分别计算获得所需的锰前驱体、氧化剂、催化相的量。所述氧化剂中钾元素与Ag-K2-xMn8O16产物中钾元素之间的摩尔比为1：1。所述锰前驱体和氧化剂中锰元素与Ag-K2-xMn8O16产物中锰元素之间的摩尔比为1：1。所述催化相中银元素与Ag-K2-xMn8O16产物中银元素之间的摩尔比为1：1。优选地，步骤2)中，所述第二次搅拌时间为10-30min。优选地，步骤2)中，所述第二次搅拌的速率为300-1000r/min。所述第二次搅拌为剧烈搅拌。优选地，在步骤1)或2)中，反应在常温下进行。所述常温为20-25℃。优选地，步骤3)中，所述溶液B在封装后进行水热反应。所述封装是指将装有溶液B的反应器放入不锈钢罩内密封。优选地，步骤3)中，所述水热反应条件为：反应温度：140-250℃；反应时间：12h-48h。优选地，步骤4)中，所述固体C在进行冷冻干燥前，要进行洗涤至中性。所述固体C为块状固体。所述洗涤至中性是将固体C浸泡在去离子水中，不断换水，至PH＝7。上述洗涤过程为具体的水热反应过程(温度和时间)以及水热产物的处理方式。优选地，步骤4)中，所述冷冻干燥条件为：冷冻干燥前样品需在-80±5℃的冰箱中冷冻4h以上，然后置入冷冻干燥剂中，冷阱温度-50±5℃，真空度为-101±5kPa，冷冻时间48±6h。所述冷冻干燥剂为去离子水或超纯水。更优选地，所述冷冻干燥条件为：冷冻干燥前样品需在-80℃的冰箱中冷冻4h，然后置入冷冻干燥剂中，冷阱温度-50℃，真空度为-101kPa，冷冻时间48h。上述制备方法可以根据需要进行放大。如上所述，本专利技术的一种高机械强度的银掺杂二氧化锰气凝胶的制备方法，采用Ag原位催化水热法添加Mn前驱体，在反应过程中加入催化剂来加速反应的进本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种二氧化锰气凝胶，其特征在于，所述二氧化锰气凝胶中掺杂有银元素，其化学成分符合化学通式：Ag‑K2‑xMn8O16，其中，0＜x＜2。

【技术特征摘要】
1.一种二氧化锰气凝胶，其特征在于，所述二氧化锰气凝胶中掺杂有银元素，其化学成分符合化学通式：Ag-K2-xMn8O16，其中，0＜x＜2。2.根据权利要求1所述的二氧化锰气凝胶，其特征在于，所述银元素添加量以Ag-K2-xMn8O16的总质量计，其所占质量百分比为大于0且小于等于50％。3.一种二氧化锰气凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)取锰前驱体溶于水后，再加入氧化剂，配成溶液A；2)将溶液A第一次搅拌至澄清后，加入催化相，进行第二次搅拌后配成溶液B；3)将溶液B进行水热反应，获得固体C；4)将固体C冷冻干燥后，即得所述二氧化锰气凝胶。4.根据权利要求3所述的二氧化锰气凝胶的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述锰前驱体为化合价为正二价的锰盐；所述水为超纯水；所述氧化剂为高锰酸钾。5.根据权利要求3所述的二氧化锰气凝胶的制备方法，其特征在于，步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：张豪杰，林超，杜福平，胡赏，李小鹏，孙予罕，
申请(专利权)人：中国科学院上海高等研究院，
类型：发明
国别省市：上海,31