專(zhuān)利名稱(chēng)：一種納米二氧化錳的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種納米二氧化錳的制備方法。
背景技術(shù)：
超級(jí)電容器是一種界于電池和靜電電容器之間的新型儲(chǔ)能裝置，它具有高比功率、長(zhǎng)循 環(huán)壽命、無(wú)環(huán)境污染等突出優(yōu)點(diǎn)，可用于電動(dòng)車(chē)輛、激光微波武器、移動(dòng)通訊裝置、計(jì)算機(jī) 以及作為燃料電池的啟動(dòng)電源。根據(jù)儲(chǔ)能機(jī)理的不同，超級(jí)電容器主要有兩類(lèi)(l)雙電層 電容器(double-layer capacitors),它是利用電極/電解液界面上形成的雙電層來(lái)存儲(chǔ)電荷 ，其電極材料主要是各種高比表面積碳材料；(2)贗電容器(pseudocapacitors)，它是借助 于活性物質(zhì)表面法拉第反應(yīng)而產(chǎn)生的"贗電容"來(lái)進(jìn)行能量的儲(chǔ)存，其電極材料主要為金屬 氧化物和導(dǎo)電聚合物。由于贗電容的比電容是雙電層電容的10 100倍，故贗電容器材料的 研究引起了科研工作者的極大關(guān)注。
貴金屬氧化物如Ru02等是一種性能十分優(yōu)異的贗電容器電極材料，但由于Ru等貴金屬價(jià) 格十分昂貴而限制了它們的實(shí)際應(yīng)用，因此，尋找價(jià)格便宜且擁有高容量的贗電容器極材料 成了研究的熱門(mén)課題。研究發(fā)現(xiàn)，二氧化錳具有和Ru02相似的贗電容性質(zhì)，不僅具有較高的 電容量，而且價(jià)格便宜，來(lái)源廣泛，對(duì)環(huán)境友好，是一種很有應(yīng)用前景的新型贗電容電極材 料，因而在電化學(xué)電容器領(lǐng)域受到了廣泛的關(guān)注。
研究表明，二氧化錳的表面積越大，其電化學(xué)電容特性越好，因此，制備納米級(jí)二氧化 錳的方法成了科研工作者十分關(guān)注的問(wèn)題。目前，所有以高錳酸鉀為錳源制備納米二氧化錳 的液相方法，都存在反應(yīng)液局部過(guò)濃而使產(chǎn)品團(tuán)聚的問(wèn)題，所得產(chǎn)品的電容性能欠佳。本發(fā) 明采用預(yù)還原劑的方法，使得氧化還原反應(yīng)在整個(gè)溶液體系中均勻地進(jìn)行，從根本上解決了 上述反應(yīng)液局部過(guò)濃的問(wèn)題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種工藝流程簡(jiǎn)單、反應(yīng)條件溫和、對(duì)環(huán)境友好、制備成本低廉的 納米二氧化錳的制備方法。
本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是以高錳酸鉀為原料，以六次甲基四胺為 預(yù)還原劑，將高錳酸鉀溶液和六次甲基四胺兩者溶解于水混合均勻后，通過(guò)加溫使六次甲基 四胺分解釋放出還原劑甲醛，與高錳酸鉀均勻地進(jìn)行氧化還原反應(yīng)，生成納米二氧化錳沉淀，過(guò)濾分離并用蒸餾水洗滌沉淀后，干燥得到納米二氧化錳產(chǎn)品。所述高錳酸鉀溶液的濃度 為O. 01 5. 0 mol.dm—3。所述預(yù)還原劑六次甲基四胺溶液的濃度為O. 01 5. Omol. dm—3。所述 六次甲基四胺加熱分解成還原劑甲醛的加熱溫度為30 10(TC 。所述氧化還原反應(yīng)的反應(yīng)溫 度為30 10(TC，優(yōu)選反應(yīng)溫度為60 9(TC，最佳反應(yīng)溫度為65。C。用于干燥沉淀物的溫度
為60 18(TC。所述高錳酸鉀與六次甲基四胺的摩爾配比為1: 1 5，其最佳摩爾配比為
1: 1.5;反應(yīng)物混合溶液最佳濃度為O.lmol.dm一3。
本發(fā)明制備的納米二氧化錳特點(diǎn)是
(1) 本發(fā)明方法是在水溶液體系中制備納米二氧化錳，反應(yīng)條件溫和，制備工藝簡(jiǎn)單 ，成本十分低廉。
(2) 本發(fā)明方法采用預(yù)還原劑的方法，不需要任何表面活性劑，可以制備出不定型的
納米二氧化錳產(chǎn)品。
(3) 采用本發(fā)明方法不僅可以制備比電容高的納米二氧化錳產(chǎn)品，而且容易實(shí)現(xiàn)工業(yè)
化生產(chǎn)。
本發(fā)明通過(guò)采用高錳酸鉀溶液和預(yù)還原劑六次甲基四胺溶液混合、加熱分解、均勻氧化 還原反應(yīng)、過(guò)濾分離、洗滌、干燥等工藝制備出不定型的納米二氧化錳。采用本發(fā)明方法制 備的納米二氧化錳可用于超級(jí)電容器材料。
圖1是本發(fā)明產(chǎn)品放大l0萬(wàn)倍的透射電鏡照片SEM(A)圖； 圖2是本發(fā)明產(chǎn)品放大10萬(wàn)倍的透射電鏡照片TEM(B)圖； 圖3是本發(fā)明產(chǎn)品的XRD譜圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明如下
實(shí)施例l，本發(fā)明是通過(guò)以高錳酸鉀為原料，以六次甲基四胺為預(yù)還原劑，將高錳酸鉀 溶液和六次甲基四胺溶液混合均勻后，通過(guò)加溫使溫度達(dá)到30 10(TC，使溶液中的六次甲 基四胺分解慢慢釋放出還原劑甲醛，并不斷與高錳酸鉀均勻地進(jìn)行氧化還原反應(yīng)，生成納米 二氧化錳沉淀；最后通過(guò)過(guò)濾分離并用蒸餾水洗滌沉淀后，再干燥得到納米二氧化錳產(chǎn)品， 即一種不定型的納米二氧化錳。參閱圖1至圖3。其中圖1和圖2是本發(fā)明產(chǎn)品放大1 O萬(wàn)倍 的透射電鏡照片SEM (A)和TEM(B)圖。圖3是本發(fā)明產(chǎn)品的XRD譜圖，從圖3表明本發(fā)明方法 生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品為不定型二氧化錳。
具體步驟是20091 (1) 將高錳酸鉀溶液與六次甲基四胺溶液在常溫下混合均勻，得到一紫紅色透明溶液
(2) 將上述溶液加熱至一定溫度，使溶液中的六次甲基四胺分解釋放出甲醛。溫度選 擇30 10(TC，最佳溫度為65。C。
(3) 釋放出的甲醛馬上與溶液體系中的高錳酸鉀均勻反應(yīng)，反應(yīng)溫度也為30 10(TC， 直至紫紅色完全消失為反應(yīng)終點(diǎn)。
(3) 過(guò)濾分離出沉淀，用蒸餾水洗滌沉淀數(shù)次。
(4) 將沉淀物在60 12(TC下干燥，得到納米二氧化錳產(chǎn)品。 用下列非限定式實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明實(shí)施方式及效果。
實(shí)施例l，稱(chēng)取高錳酸鉀15.8克(0. lOmol)，加入100ml蒸餾水，加入濃度為lmol/L的六 次甲基四胺溶液50ml，混合均勻后，攪拌下在水浴上加溫至65。C，保溫1小時(shí)，得到大量黑 色沉淀。將沉淀過(guò)濾，用蒸餾水洗滌沉淀三次，在溫度8(TC下干燥后，得產(chǎn)品。
實(shí)施例2，稱(chēng)取高錳酸鉀31.6克(0.20mo1)，加入100ml蒸餾水，加入濃度為O. 5mol/L的 六次甲基四胺溶液100ml，混合均勻后，攪拌下在6(TC水浴上加熱并保溫2小時(shí)，得到大量黑 色沉淀。將沉淀過(guò)濾，用蒸餾水洗滌沉淀三次，在溫度9(TC下干燥后，得產(chǎn)品。
實(shí)施例3，稱(chēng)取高錳酸鉀20克，加入200ml蒸餾水，加入六次甲基四胺固體14克，待所有 的固體溶解后，在8(TC水浴上加熱并保溫1小時(shí)，得到大量黑色沉淀。將沉淀過(guò)濾，用蒸餾 水洗滌沉淀三次，在溫度10(TC下干燥后，得產(chǎn)品。
實(shí)施例4，稱(chēng)取高錳酸鉀150克，加入2000ml蒸餾水，加入六次甲基四胺固體140克，待 所有的固體溶解后，在75'C水浴上加熱并保溫1小時(shí)，得到大量黑色沉淀。將沉淀過(guò)濾，用 蒸餾水洗滌沉淀三次，在溫度10(TC下干燥后，得產(chǎn)品。
實(shí)施例5，稱(chēng)取高錳酸鉀300克，加入2000ml蒸餾水，加入濃度為l. 5mol/L的六次甲基四 胺溶液1000ml，混合均勻后，在7(TC水浴上加熱并保溫2小時(shí)，得到大量黑色沉淀。將沉淀 過(guò)濾，用蒸餾水洗滌沉淀三次，在溫度9(TC下干燥后，得產(chǎn)品。
權(quán)利要求
1.一種納米二氧化錳的制備方法，其特征是以高錳酸鉀為原料，以六次甲基四胺為預(yù)還原劑，將高錳酸鉀溶液和六次甲基四胺兩者溶解于水混合均勻后，通過(guò)加溫使六次甲基四胺分解釋放出還原劑甲醛，與高錳酸鉀均勻地進(jìn)行氧化還原反應(yīng)，生成納米二氧化錳沉淀，過(guò)濾分離并用蒸餾水洗滌沉淀后，干燥得到納米二氧化錳產(chǎn)品。
2.根據(jù)權(quán)利要求l所述納米二氧化錳的制備方法，其特征是所述高錳酸鉀溶液的濃度為0.01 5.0 mol.dm-3。
3.根據(jù)權(quán)利要求l所述納米二氧化錳的制備方法，其特征是所述預(yù) 還原劑六次甲基四胺溶液的濃度為O. 01 5. Omol. dm-3。
4.根據(jù)權(quán)利要求l所述納米二氧化錳的制備方法，其特征是所述六 次甲基四胺加熱分解成還原劑甲醛的加熱溫度為30 10(TC。
5.根據(jù)權(quán)利要求l所述納米二氧化錳的制備方法，其特征是所述氧 化還原反應(yīng)的反應(yīng)溫度為30 10(TC 。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述納米二氧化錳的制備方法，其特征是所述氧 化還原反應(yīng)的反應(yīng)溫度為60 9(TC 。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述納米二氧化錳的制備方法，其特征是所述氧 化還原反應(yīng)的反應(yīng)溫度為65'C 。
8.根據(jù)權(quán)利要求l所述納米二氧化錳的制備方法，其特征是用于干 燥沉淀物的溫度為60 18(TC 。
9.根據(jù)權(quán)利要求l所述納米二氧化錳的制備方法，其特征是所述高 錳酸鉀與六次甲基四胺的摩爾配比為1: 1 5。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述納米二氧化錳的制備方法，其特征是所述高錳酸鉀與六次甲基四胺的摩爾配比為1: 1.5;反應(yīng)物混合溶液濃度是0. lmol.dm-3。
全文摘要
一種納米二氧化錳的制備方法。它主要是解決現(xiàn)有以高錳酸鉀為錳源、液相法制備納米二氧化錳存在反應(yīng)液局部過(guò)濃而使產(chǎn)品團(tuán)聚，從而使所得產(chǎn)品的電容性能欠佳等技術(shù)問(wèn)題。其技術(shù)方案要點(diǎn)是以高錳酸鉀為錳源，以六次甲基四胺為預(yù)還原劑，將高錳酸鉀溶液和六次甲基四胺溶液混合均勻后，通過(guò)加溫使六次甲基四胺分解釋放出還原劑甲醛，與高錳酸鉀均勻地進(jìn)行氧化還原反應(yīng)，生成納米二氧化錳沉淀，過(guò)濾分離并用蒸餾水洗滌沉淀后，干燥得到納米二氧化錳產(chǎn)品。它是在水溶液體系中制備，具有對(duì)環(huán)境友好，工藝流程簡(jiǎn)單，反應(yīng)條件溫和，制備成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。它主要是用于制備出不定型的納米級(jí)二氧化錳。采用本發(fā)明方法制備的納米二氧化錳可用于超級(jí)電容器材料。
文檔編號(hào)C01G45/02GK101607740SQ20091030451
公開(kāi)日2009年12月23日 申請(qǐng)日期2009年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月18日
發(fā)明者羅曼娜, 雋 鄧, 鄧建成, 鄧惠仁 申請(qǐng)人:湘潭大學(xué)