申请/专利权人：广东工业大学

申请日：2018-11-08

公开（公告）日：2021-07-06

公开（公告）号：CN109455764B

主分类号：C01G45/02(20060101)

分类号：C01G45/02(20060101);H01M4/525(20100101);H01M10/052(20100101);B82Y30/00(20110101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2021.07.06#授权;2019.04.05#实质审查的生效;2019.03.12#公开

摘要：本发明属于材料技术领域，尤其涉及一种MnOOH的制备方法。本发明提供了一种MnOOH的制备方法，包括以下步骤：将高锰酸钾和醋酸盐进行水热反应，得到MnOOH。本发明制备方法制备MnOOH只需将高锰酸钾和醋酸盐进行水热反应便可，所需的原料少，减少了MnOOH的制备成本，制备方法简单、步骤少，环境友好，并且，实验结果表明，采用本发明制备方法可制备出多种类型的MnOOH，包括线型MnOOH、棒状型MnOOH和花状型MnOOH等。

主权项：1.一种超长纳米线MnOOH的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：称取1mmolKMnO4和1.6mmolCH3COONH4溶于30mL超纯水中，在室温下搅拌至完全溶解，然后转移至带有聚四氟乙烯衬底的高压反应釜中，放置于烘箱中并加热至180℃，恒温保持24h进行水热反应，待水热反应完成后，将得到的产物进行抽滤洗涤与干燥，得到的固体产物放置于60℃的烘箱干燥6h，得到所述超长纳米线MnOOH；所述超长纳米线MnOOH的长度为15μm～25μm，直径为50nm～150nm，长径比为200～300，且具有丰富的1×1与2×2微观孔道结构，比表面积为121m2g。

全文数据：一种MnOOH的制备方法技术领域本发明属于材料技术领域，尤其涉及一种MnOOH的制备方法。背景技术随着一系列新能源汽车扶持政策即将出台，届时将带动锂电池行业快速增长，并向人造卫星、航空航天和储能方面拓展，国内锂电池市场份额将快速增长，国内锂电池企业拥有巨大的市场增长空间。目前已经在研究的电池有锂离子电池、锂空电池、锂硫电池、钠离子电池等，锂离子电池已经应用到市场中，其它电池依旧处于开发研究阶段。目前锂离子电池负极材料的种类主要有碳基材料、过渡金属氧化物材料、以及复合金属氧化物材料等。采用过渡金属氧化物作为锂电池的电极材料，具有优异的电压平台和比容量。近年来，有特殊形貌纳米锰氧化物衍生物成为了锂离子电池负极材料的研究热点，尤其是MnOOH，如线性MnOOH具有较大的比表面积和长度直径比，可以提供更多的活性位点且减少电子和离子的扩散长度。但是，现有制备方法制备MnOOH所需的原料较多，步骤较为复杂繁琐。发明内容有鉴于此，本发明提供了一种MnOOH的制备方法，用于解决现有制备方法制备MnOOH所需的原料较多，步骤较为复杂繁琐的问题。本发明的具体技术方案如下：一种MnOOH的制备方法，包括以下步骤：将高锰酸钾和醋酸盐进行水热反应，得到MnOOH。本发明制备方法制备MnOOH只需将高锰酸钾和醋酸盐进行水热反应便可，所需的原料少，减少了MnOOH的制备成本，制备方法简单、步骤少，环境友好，并且，实验结果表明，采用本发明制备方法可制备出多种类型的MnOOH，包括线型MnOOH、棒状型MnOOH和花状型MnOOH等。优选的，所述将高锰酸钾和醋酸盐进行水热反应之后，所述得到MnOOH之前，还包括：后处理；所述后处理为依次进行洗涤和干燥，洗涤优选为抽滤洗涤。优选的，所述醋酸盐选自醋酸铵、醋酸钾或醋酸钠。优选的，所述水热反应的温度为140℃～180℃，更优选为160℃～180℃；所述水热反应的时间为6h～48h。优选的，所述高锰酸钾和所述醋酸盐的摩尔比为1：1～2；所述水热反应的时间为18h～48h。本发明中，高锰酸钾和醋酸盐的摩尔比为1：1～2，水热反应的时间为18h～48h，可制备得到线型MnOOH，并具有一定的排列取向，长度为15μm～25μm，直径为50nm～150nm，长径比为200～300倍。本发明制备得到的MnOOH具有丰富的1×1与2×2微观孔道结构，同时线型MnOOH为一维结构，使其具有较大的比表面积，在气体吸附中具有良好的吸附性能，可作为吸附剂；在电子转移中具有较好的电化学活性，可作为锂电池的负极材料。现有线型MnOOH的制备方法是采用高锰酸钾与次氯酸钾反应，然后加入醋酸等酸，反应中引入卤素，次氯酸钾在反应过程中与高锰酸钾存在危险性，而且是多步骤反应。而本发明制备方法只需将高锰酸钾和醋酸盐进行一步水热反应便可，所需的原料少，减少了MnOOH的制备成本，制备方法简单、步骤少，降低了反应的危险系数。优选的，所述醋酸盐为醋酸铵。优选的，所述醋酸铵的反应浓度为0.02M～0.05M；所述高锰酸钾的反应浓度为0.02M～0.05M。更优选的，醋酸铵的反应浓度为0.03M～0.04M；所述高锰酸钾的反应浓度为0.03M～0.04M。本发明中，醋酸盐为醋酸铵能够使得水热反应有更改的产率，得到的MnOOH结晶度更好。醋酸盐为醋酸铵可利于线型MnOOH的形成，醋酸铵的反应浓度为0.02M～0.05M，高锰酸钾的反应浓度为0.02M～0.05M也利于线型MnOOH的形成。优选的，所述高锰酸钾和所述醋酸盐的摩尔比为1：1～2；所述水热反应的时间为6h～12h。本发明中，高锰酸钾和醋酸盐的摩尔比为1：1～2，水热反应的时间为6h～12h，可制备得到花状型MnOOH。优选的，所述高锰酸钾和所述醋酸盐的摩尔比小于1：2。本发明中，高锰酸钾和醋酸盐的摩尔比小于1：2，可制备得到棒状型MnOOH。本发明中，高锰酸钾和醋酸盐的摩尔比为1：2，水热反应的时间为18h～48h，既可制备得到棒状型MnOOH，还可制备得到线型MnOOH。优选的，所述干燥的温度为40℃～80℃，更优选为40℃～70℃，进一步优选为60℃；所述干燥的时间为4h～8h，更优选为6h。综上所述，本发明提供了一种MnOOH的制备方法，包括以下步骤：将高锰酸钾和醋酸盐进行水热反应，得到MnOOH。本发明制备方法制备MnOOH只需将高锰酸钾和醋酸盐进行水热反应便可，所需的原料少，减少了MnOOH的制备成本，制备方法简单、步骤少，环境友好，并且，实验结果表明，采用本发明制备方法可制备出多种类型的MnOOH，包括线型MnOOH、棒状型MnOOH和花状型MnOOH等。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。图1为本发明实施例1制备得到的线型MnOOH的XRD图谱；图2为本发明实施例1制备得到的线型MnOOH的SEM图；图3为本发明实施例3制备得到的线型MnOOH的SEM图；图4为本发明实施例3制备得到的棒状型MnOOH的SEM图；图5为本发明实施例4制备得到的花状型MnOOH的SEM图；图6为本发明实施例5制备的MnOOH作为锂离子电池阳极在0.1Cg的电流密度下充放电循环性能图；图7为本发明实施例6不同还原剂下水热反应产物锰氧化物的XRD图谱。具体实施方式本发明提供了一种MnOOH的制备方法，用于解决现有制备方法制备MnOOH所需的原料较多，步骤较为复杂繁琐的问题。下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例1称取1mmolKMnO4和1.6mmolCH3COONH4溶于30mL超纯水中，在室温下搅拌至完全溶解，然后将混合后的溶液转移至带有聚四氟乙烯衬底的高压反应釜中，放置于烘箱中并加热至180℃，恒温保持24h进行水热反应，待水热反应完成后，将得到的产物进行抽滤洗涤与干燥，得到的固体产物放置于60℃的烘箱干燥6h，得到MnOOH。请参阅图1和图2，分别为本发明实施例1制备得到的线型MnOOH的XRD图谱和本发明实施例1制备得到的线型MnOOH的SEM图。图1中，本发明实施例1制备得到的MnOOH和标准品MnOOH的X射线衍射图谱相同，无杂质峰，表明高锰酸钾和醋酸铵进行水热反应能够制得MnOOH，制得的MnOOH为单晶结构。图2表明，本发明实施例1制备得到的MnOOH为线型MnOOH，并具有一定的排列取向，长度为15μm～25μm，直径为50nm～150nm，长径比为200～300倍。本发明实施例1制备得到的MnOOH具有丰富的1×1与2×2微观孔道结构，同时由于其为超长纳米线结构，使其具有较大的比表面积，比表面积为121m2g。实施例2称取1mmolKMnO4和1.6mmolCH3COONH4溶于30mL超纯水中，在室温下搅拌至完全溶解，然后将混合后的溶液转移至带有聚四氟乙烯衬底的高压反应釜中，放置于烘箱中并加热至160℃，恒温保持36h进行水热反应，待水热反应完成后，将得到的产物进行抽滤洗涤与干燥，得到的固体产物放置于60℃的烘箱干燥6h，得到线型MnOOH。实施例3称取1mmolKMnO4和2mmolCH3COONH4溶于30mL超纯水中，在室温下搅拌至完全溶解，然后将混合后的溶液转移至带有聚四氟乙烯衬底的高压反应釜中，放置于烘箱中并加热至180℃，恒温保持24h进行水热反应，待水热反应完成后，将得到的产物进行抽滤洗涤与干燥，得到的固体产物放置于60℃的烘箱干燥6h，得到棒状型MnOOH和线型MnOOH，棒状型MnOOH和线型MnOOH的SEM图请参阅图3和图4。实施例4称取1mmolKMnO4和1.5mmolCH3COONH4溶于30mL超纯水中，在室温下搅拌至完全溶解，然后将混合后的溶液转移至带有聚四氟乙烯衬底的高压反应釜中，放置于烘箱中并加热至180℃，恒温保持12h进行水热反应，待水热反应完成后，将得到的产物进行抽滤洗涤与干燥，得到的固体产物放置于60℃的烘箱干燥6h，得到花状型MnOOH，花状型MnOOH的SEM图请参阅图5。实施例5称取1mmolKMnO4和1mmolCH3COONH4溶于30mL超纯水中，在室温下搅拌至完全溶解，然后将混合后的溶液转移至带有聚四氟乙烯衬底的高压反应釜中，放置于烘箱中并加热至180℃，恒温保持36h进行水热反应，待水热反应完成后，将得到的产物进行抽滤洗涤与干燥，得到的固体产物放置于60℃的烘箱干燥6h，得到线型MnOOH。将本实施例制备得到的线型MnOOH进行电化学活性测试。电化学活性测试采用半电池模式，以纯锂片为正极材料，电解液由电解质盐和有机溶剂两个部分组成，其中电解质盐主要为LiPF6，而溶剂为碳酸乙烯脂EC、碳酸二甲脂DMC体积比1：1，隔膜使用的是多层Celgard2400工业用聚丙烯膜。负极由本实施例制备得到的MnOOH与导电剂炭黑或是乙炔黑以及粘连剂质量比8：1：1混合而成的浆料组成，将其搅拌均匀涂覆在16mm的铜箔上，真空80℃干燥12h使用。电化学活性测试结果如图6所示，为本发明实施例5制备的MnOOH作为锂离子电池阳极在0.1Cg的电流密度下充放电循环性能图。图3表明，本发明制得的MnOOH具有电池活性，可以存储电子，作为锂离子电池的负极材料，在循环200次以后其电池容量衰减到100mAhg，初始的容量值在13000mAhg，具有较高的存储容值，在锂离子电池的负极材料上具有很好的应用前景。实施例6还原剂中不同类型的阴离子和阳离子对锰氧化物的形态和结晶度具有显著影响。为了研究还原剂中阴离子对锰氧化物晶体和形态的影响，本实施例进行水热反应的还原剂采用阳离子为铵离子，阴离子为醋酸根离子、碳酸根离子或草酸根离子的盐，锰氧化物采用高锰酸钾，高锰酸钾和还原剂的摩尔比为1：1～2，水热反应的温度为180℃，水热反应的时间为24h。水热反应的反应产物请参阅图7，为本发明实施例6不同还原剂下水热反应产物锰氧化物的XRD图谱。结果表明还原剂中阴离子对锰氧化物的晶型有很大影响，还原剂的阴离子为醋酸根离子或草酸根离子时，锰氧化物为MnOOH；而还原剂的阴离子为碳酸根离子时，锰氧化物没有MnOOH的特征衍射峰，锰氧化物完全是α-MnO2。并且，与草酸根离子相比，还原剂的阴离子为醋酸根离子可以使得锰氧化物获得更高的产率和更好的MnOOH结晶度，并且，还原剂的阴离子为醋酸根离子时得到的MnOOH为长线型MnOOH。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

权利要求：1.一种MnOOH的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将高锰酸钾和醋酸盐进行水热反应，得到MnOOH。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述将高锰酸钾和醋酸盐进行水热反应之后，所述得到MnOOH之前，还包括：后处理；所述后处理为依次进行洗涤和干燥。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述醋酸盐选自醋酸铵、醋酸钾或醋酸钠。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述水热反应的温度为140℃～180℃；所述水热反应的时间为6h～48h。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述高锰酸钾和所述醋酸盐的摩尔比为1：1～2；所述水热反应的时间为18h～48h。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述醋酸盐为醋酸铵。7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述醋酸铵的反应浓度为0.02M～0.05M；所述高锰酸钾的反应浓度为0.02M～0.05M。8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述高锰酸钾和所述醋酸盐的摩尔比为1：1～2；所述水热反应的时间为6h～12h。9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述高锰酸钾和所述醋酸盐的摩尔比小于1：2。10.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述干燥的温度为40℃～80℃；所述干燥的时间为4h～8h。

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