一种经Co掺杂定向转化制备α-MnO2的方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种α‑MnO2纳米线及其制备方法和应用。本发明专利技术以δ‑MnO2纳米片为诱导前体，掺杂钴盐定向转化制备α‑MnO2纳米线，纳米线直径为50‑150nm。α‑MnO2纳米线的弯曲度可通过钴盐的掺杂量调控，可得到柔性的α‑MnO2纳米线。本发明专利技术中的α‑MnO2纳米线用作超级电容器的电极，比电容可达658F g

A Method for Preparing Alpha-MnO_2 by Co Doping Directional Conversion and Its Application

The invention discloses an alpha MnO2 nanowire, a preparation method and application thereof. The nanowires with a diameter of 50 150 nm are prepared by directional transformation of doped cobalt salts using the delta MnO2 nanosheet as the induced precursor. Flexible nanowires can be obtained by adjusting the curvature of the nanowires through the doping amount of cobalt salts. The nanowires of the present invention are used as electrodes of supercapacitors, and the specific capacitance can reach 658F G.

【技术实现步骤摘要】
一种经Co掺杂定向转化制备α-MnO2的方法和应用
本专利技术属于MnO2晶型定向转化
，通过该方法，可以批量制备MnO2纳米线。
技术介绍
MnO2由于理论比电容高，资源丰富，成本低且环境友好等特点而备受关注。MnO2具有多种晶型，其中α，β，γ型具有一维隧道结构，λ型是三维尖晶石状结构，δ是三维层状结构。不同晶型的MnO2在性质上略有差异，如制备成超级电容的电极材料，其放电时间顺序为：δ>γ>α>β。MnO2不同类型的晶型结构都是以[MnO6]八面体单体为基础,O原子分布在八面体角顶上，Mn原子位于八面体中心。这些八面体单元通过顶点，棱，或者面以不同方式连接，构成了不同的晶型。在上述所有晶型中，α-MnO2由于具有较大的[2×2]类型隧道有利于对嵌入离子的传输和适应，受到了人们的关注。因此，设计定向转换制备α-MnO2材料，在学术研究和实际应用中都具有重大的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对实际应用需求，提供了一种经Co掺杂定向转化制备α-MnO2的方法和应用。本专利技术采用如下技术方案：一种经Co掺杂定向转化制备α-MnO2的方法，称取高锰酸钾(KMnO4)和碳酸锰(MnCO3)，添加去离子水，室温下搅拌30min；称取适量钴盐，转移至混合液中，进一步搅拌均匀，室温下超声20min；混合液转移至聚四氟乙烯反应釜中，反应结束后，冷却至室温，水和乙醇离心多次，烘干，所得产物为α-MnO2。所述的方法，所述α-MnO2纳米线材料，其直径为50-150nm。所述的方法，所述钴盐为硝酸钴、氯化钴。所述的方法，高锰酸钾：碳酸锰：钴盐摩尔比为3：3：1-8。所述的方法，高锰酸钾：碳酸锰：钴盐摩尔比为3：3：1、3：3：2、3：3：4、3：3：6、3：3：8。所述的方法，混合液转移至聚四氟乙烯反应釜中，100℃下反应24h。所述的方法，混合液转移至聚四氟乙烯反应釜中，110℃下反应20h。所述的方法，混合液转移至聚四氟乙烯反应釜中，160℃下反应10h。所述的方法，混合液转移至聚四氟乙烯反应釜中，180℃下反应7h。根据任一所述方法制备的α-MnO2在制备超级电容器电极中的应用。本专利技术的有益成果在于：1、固液反应充分，合成的α-MnO2纳米线产量高。2、合成简便，通过简单的地添加金属离子即可实现δ-MnO2纳米片向α-MnO2纳米线的定向转化。本专利技术的制备方法更加简便，无需碳布为模板，直接利用Co2+诱导α-MnO2纳米线的形成，并且此过程完成了MnO2由δ相转化为α相。3、制备的α-MnO2纳米线弯曲程度可控，通过调控Co2+掺杂量即可实现。附图说明图1为实施例1制备的δ-MnO2纳米片材料的SEM图图2为实施例2制备的δ-MnO2纳米线与α-MnO2纳米线共存材料的SEM图图3为实施例1制备的α-MnO2纳米线材料的SEM图图4为实施例2制备的α-MnO2纳米线材料的SEM图图5为实施例3制备的α-MnO2纳米线材料的SEM图图6为实施例4制备的α-MnO2纳米线材料的SEM图图7为实施例1,2,3,4制备的α-MnO2纳米线材料的循环稳定性图；具体实施方式以下结合具体实施例，对本专利技术进行详细说明。实施例1：称取1.5mmol高锰酸钾(KMnO4)和1.5mmol碳酸锰(MnCO3)，添加去离子水，室温下搅拌30min。混合液转移至聚四氟乙烯反应釜中，100℃下反应24h，冷却至室温，水和乙醇离心多次，烘干，所得产物为δ-MnO2。图1是产物δ-MnO2的SEM图，纳米片均匀地组装成纳米球，δ-MnO2是相转化的前体。实施例2：称取1.5mmol高锰酸钾(KMnO4)跟1.5mmol碳酸锰(MnCO3)，添加去离子水，室温下搅拌30min。称取0.5mmol钴盐；加至混合液中，进一步搅拌均匀，室温下超声20min。混合液转移至聚四氟乙烯反应釜中，100℃下反应24h，冷却至室温，水和乙醇离心多次，烘干，所得产物为α-MnO2与δ-MnO2两相共存。从图2中可以观察到，部分δ-MnO2纳米片在钴盐的诱导下转化为α-MnO2纳米线。实施例3：称取1.5mmol高锰酸钾(KMnO4)跟1.5mmol碳酸锰(MnCO3)，添加去离子水，室温下搅拌30min。称取1mmol钴盐,加至混合液中，进一步搅拌均匀，室温下超声20min。混合液转移至聚四氟乙烯反应釜中，100℃下反应24h，冷却至室温，水和乙醇离心多次，烘干，所得产物为α-MnO2。从图3中可以看到，δ-MnO2纳米片已全部转化为α-MnO2纳米线。实施例4：称取1.5mmol高锰酸钾(KMnO4)跟1.5mmol碳酸锰(MnCO3)，添加去离子水，室温下搅拌30min。称取2mmol钴盐,加至混合液中，进一步搅拌均匀，室温下超声20min。混合液转移至聚四氟乙烯反应釜中，110℃下反应20h，冷却至室温，水和乙醇离心多次，烘干，所得产物为α-MnO2。从图4中可以看到，制备的α-MnO2纳米线长度均匀，实施例5：称取1.5mmol高锰酸钾(KMnO4)跟1.5mmol碳酸锰(MnCO3)，添加去离子水，室温下搅拌30min。称取3mmol钴盐,加至混合液中，进一步搅拌均匀，室温下超声20min。混合液转移至聚四氟乙烯反应釜中，160℃下反应10h，冷却至室温，水和乙醇离心多次，烘干，所得产物为α-MnO2。随着钴盐掺杂量的增加，部分α-MnO2纳米线开始弯曲，如图5。实施例6：称取1.5mmol高锰酸钾(KMnO4)跟1.5mmol碳酸锰(MnCO3)，添加去离子水，室温下搅拌30min。称取4mmol钴盐,加至混合液中，进一步搅拌均匀，室温下超声20min。混合液转移至聚四氟乙烯反应釜中，180℃下反应7h，冷却至室温，水和乙醇离心多次，烘干，所得产物为α-MnO2。随着钴盐掺杂量的增加，α-MnO2纳米线的弯曲度更大，部分纳米线呈圆弧状，如图6所示。实施例7超级电容器电极的制备步骤：分别采用实施例1,2,3,4制备的α-MnO2纳米线材料，乙炔黑和聚四氟乙烯微粉(PTFE)混合在一起用研钵作研磨处理，质量混合比例约为8:1:1。研磨均匀后，添加适量的N-甲基吡咯烷酮(NMP)，然后将稠状物涂抹在规格为1cm×1cm的泡沫镍上。制备完成后，我们把铂丝电极固定为对电极，Ag/AgCl则当做参比电极。其中，电解质溶液采用1MNa2SO4中性溶液。图7为实施例1,2,3,4制备的α-MnO2纳米线材料的循环稳定性图，本专利技术中的α-MnO2纳米线用作超级电容器的电极，比电容可达658Fg-1。经过1000次循环之后，依然具有90％的电容保留。应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本专利技术所附权利要求的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种经Co掺杂定向转化制备α‑MnO2的方法，其特征在于，称取高锰酸钾(KMnO4)和碳酸锰(MnCO3)，添加去离子水，室温下搅拌30min；称取适量钴盐，转移至混合液中，进一步搅拌均匀，室温下超声20min；混合液转移至聚四氟乙烯反应釜中，反应结束后，冷却至室温，水和乙醇离心多次，烘干，所得产物为α‑MnO2。

【技术特征摘要】
1.一种经Co掺杂定向转化制备α-MnO2的方法，其特征在于，称取高锰酸钾(KMnO4)和碳酸锰(MnCO3)，添加去离子水，室温下搅拌30min；称取适量钴盐，转移至混合液中，进一步搅拌均匀，室温下超声20min；混合液转移至聚四氟乙烯反应釜中，反应结束后，冷却至室温，水和乙醇离心多次，烘干，所得产物为α-MnO2。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述α-MnO2纳米线材料，其直径为50-150nm。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述钴盐为硝酸钴、氯化钴。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，高锰酸钾：碳酸锰：钴盐摩尔比为3：3：1-8。5.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：牛和林，郭昱，蒋祺东，吴笛，
申请(专利权)人：安徽大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34