中图分类：TB383

学科分类：430.99

成果类别：应用技术

研究起止时间：2008-01～2008-12

评价形式：验收

二氧化锰是一种具有重要工业用途的氧化物,它具有离子交换和分子吸附性能,可作为离子筛、分子筛和催化剂,同时它又具有优越的电化学和磁学性能,可用作锂离子电池的电极材料和新型磁性材料。此外,它具有成本低,能量适中,环境友好的特性,作为Li/MnO2电池中的电极材料。而且,二氧化锰价格低廉,资源丰富,具有很大的应用前景和价值。 随着科技的进步,人们对二氧化锰性能要求不断提高,传统的二氧化锰制备工艺已经不能满足,对高性能的二氧化锰的研究与开发成为了科学研究的热点。电化学超级电容器作为一种新型化学储能装置,具有比功率高、循环寿命长,安全以及环境友好等优点,在启动电源,脉冲电源等方面有诸多应用,与其它电池联用,具备满足未来电动汽车动力要求的潜力。关于超级电容器电极材料的研究,从碳材料到金属氧化物,再到聚合物材料,已有许多报道。二氧化锰以其廉价易得,环境友好等特点成为替代贵金属的备选材料之一。 氧化锰的特性不仅和锰的价态有关,还取决于二氧化锰的形态结构。不同晶型结构的二氧化锰的催化功能、寿命等均不相同。结构、形貌和颗粒尺寸等因素对材料性能及其应用具有重要的影响,如电催化还原氧化效果表现为：α-MnO2>γ-MnO2>β-MnO2。对材料形貌控制的研究可充分发挥材料的特性,还能通过对材料的形貌和尺寸控制对其性质进行调整。因此,科研人员用不同的方法制备了不同形态的二氧化锰纳米结构。如：MnO2纳米颗粒,α-、β-、γ-、δ-MnO2纳米线和纳米棒。近年来关于纳米材料具有的大比表面积、高反应活性及其高催化、强吸附等优良性能的研究常见报道,如纳米结构的α-MnO2用于碱锰电池表现出更优良的可充性能。纳米尺寸的锰氧化物八面体分子筛也用于吸附氧化降解污水中的重金属离子和有机污染物。二氧化锰的结构、颗粒尺寸及其相应的性能直接影响其应用,因而研究纳米MnO2的制备方法具有重要的实际意义。 二氧化锰的结构复杂,合成的方法较多,目前一维二氧化锰和特殊形状的二氧化锰的合成方法以水热法和模板法为主,但是,水热法需要在高温和高压条件下进行,反应周期长,产量小。大多方法得到的二氧化锰为多晶,直径较大,而且工艺复杂,产量小,限制了纳米二氧化锰的工业化大规模的生产。因此,需要我们找到一种新的方法,在常温低压的温和条件下,大规模的制备单晶二氧化锰,具有重要的科学意义和应用前景。 与其它方法制备二氧化锰纳米棒相比,本研究具有优点： 1、工艺简单。采用仅在硫酸溶液中加入高锰酸钾,再在加热的条件下制备出直径较小且均匀α-MnO2单晶纳米棒,所需要的化学药品种类少,反应简单易于控制,不需要昂贵的设备,操作方便、工艺简单。 2、二氧化锰纳米棒的直径小,长度短且比较均匀。二氧化锰纳米棒的直径范围为：5-20 nm,长度范围为：80-300 nm。 3、纳米棒比表面积高达165.8 m2/g。 4、二氧化锰纳米棒是α-MnO2单晶。 5、通过简单的温度和溶液pH值的调节可以制备出不同形貌的纳米材料,如单晶纳米针、海胆状α-MnO2,β-MnO2微球。