專利名稱：a-MnO2納米棒模板法制備ZnMn2O4納米棒的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)保工程領(lǐng)域，涉及ー種棒狀形貌ZnMn2O4的制備方法，特別涉及到一種模板法制備棒狀形貌ZnMn2O4的方法。
背景技術(shù)：
目前，環(huán)境污染已經(jīng)成為全球性的關(guān)注問題，環(huán)保也越來越受到人們的重視。AB2O4型化合物由于其展現(xiàn)出的良好性能及潛在的應(yīng)用前景受到了廣泛關(guān)注，尤其是可以在光誘導(dǎo)下表現(xiàn)出催化性能，從而應(yīng)用于環(huán)保領(lǐng)域。尖晶石型復(fù)合金屬氧化物ZnMn2O4,每個晶胞由8個面心立方單元晶胞組成，晶胞中含有24個陽離子和32個陰離子。由于ZnMn2O4構(gòu)造中的Zn-O鍵和Mn-O鍵為較強的離子鍵，其兩者靜電鍵強度相等，所以結(jié)構(gòu)牢固，材料硬度大，熔點高、化學(xué)性能穩(wěn)定，在高溫下對各種熔體的浸蝕有較強的抵抗性，而且具有良好的熱穩(wěn)定性，因此受到人們越來越多的關(guān)注。作為21世紀最主要的能源之一，氫能具備產(chǎn)熱值高、燃燒產(chǎn)物無污染等優(yōu)點，通過光催化手段分解水產(chǎn)氫是一種環(huán)保的經(jīng)濟高效的能源再生技木。Bessekhouad(Y.Bessekhouad, M. Trari. Int. J. Hydrogen Energ.，2002，27，357-362)等人研究了 AMn2O4 (A=Cu，Zn)的光催化制氫性能，發(fā)現(xiàn)尖晶石型ZnMn2O4禁帶寬度較窄(I. 23eV)，能夠吸收大部分太陽能，且抗光腐蝕性能好，是ー種極具吸引力的新型光催化材料。姜妍彥等人(姜妍彥，李景剛，隋小濤，寧桂玲，王承遇.硅酸鹽學(xué)報，2007，35，1439-1443)研究表明，尖晶石型ZnMn2O4具有良好的可見光催化活性，能夠在可見光下對染料進行降解。Yang等人(Y. Y. Yang, Y. Q. Zhao, L. F. Xiao, L. Z. Zhang. Electrochem. Commun. , 2008,10,1117—1120)首次報道了 ZnMn2O4納米粒子作為鋰離子電池陽極的電化學(xué)性能。因此，研究尖晶石型ZnMn2O4納米材料具有良好的現(xiàn)實意義。迄今為止，合成晶石型ZnMn2O4材料的方法有很多種，固相反應(yīng)法，共沉淀法，水熱法，溶膠-凝膠法等等。Zhang 等人(X. D. Zhang, Z. S. ffu, J. Zang, D. Li, Z. D. Zhang.J. Phys. Chem. Solids, 2007,68,1583-1590)采用水熱法合成了納米粒子；M. Peiteado 等人(M. Peiteado,A. C. Caballero,D. Makovec. J. Solid State Chem. ,2007,180,2459-2464)米用固相反應(yīng)法制備了 ZnMn2O4材料。以上所述的這些制備ZnMn2O4材料方法較多，但是所需條件比較苛刻，需要高溫、高壓等條件，且耗費時間長，所制得的ZnMn2O4顆粒不均一，難以在エ業(yè)上進行大規(guī)模生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供ー種操作簡單、無污染、成本低、產(chǎn)品形貌均一的模板法制備ZnMn2O4納米棒的方法。 本發(fā)明的制備方法包括如下步驟步驟(I) a -MnO2納米棒模板的制備。將KMnO4溶解于去離子水中，再向其中加入37%濃HC1，攪拌，直到完全溶解；然后將得到的溶液放入反應(yīng)釜，140-160°C下水熱反應(yīng)12h后取出，在室溫條件下自然冷卻。將得到的固體產(chǎn)物離心或者抽濾，然后水洗、醇洗、分離、干燥，得到a-MnO2納米棒模板。步驟(2) =ZnMn2O4納米棒前軀體a-Mn02/Zn (OH)2的制備。首先，將上述制備好的a -MnO2納米棒模板在室溫下分散于去離子水中，然后向其中加入Zn (NO3)2溶液，持續(xù)攪拌至分散均勻，再向其中加入的NaOH溶液并持續(xù)攪拌。最后，將得到的樣品水洗、醇洗、分離、干燥，得到ZnMn2O4納米棒前驅(qū)體a -Mn02/Zn (OH) 2。步驟(3) :ΖηΜη204納米棒的制備。將干燥后的ZnMn2O4納米棒前驅(qū)體a-MnO2/Zn(OH)2程序升溫到650°C _800°C煅燒，最終得到尖晶石型ZnMn2O4納米棒。本發(fā)明的有益效果是(I)制備出的尖晶石型ZnMn2O4納米棒形貌均一，純度高，重復(fù)性好。(2)制備使用的原材料廉價易得，成本低，無需昂貴設(shè)備。(3)エ藝簡單，重現(xiàn)性好，既可用于實驗操作，又可エ業(yè)上大規(guī)模生產(chǎn)?！?br>

圖I (a)是制備的a -MnO2納米棒模板的掃描電鏡圖(SEM)。圖I (b)是制備的尖晶石型ZnMn2O4納米棒的掃描電鏡圖(SEM)。圖2 (a)是制備的ZnMn2O4納米棒高倍數(shù)的透射電鏡圖(TEM)。圖2 (b)是制備的ZnMn2O4納米棒低倍數(shù)的透射電鏡圖(TEM)。圖3是制備的ZnMn2O4納米棒的X-射線衍射圖(XRD)。橫坐標是兩倍的衍射角(2 Θ )，縱坐標是衍射峰的強度(cps)。圖4是能譜儀(EDS)表征了制備的ZnMn2O4納米棒中的元素分布圖。其中，橫坐標是能量(keV)，縱坐標是強度(cps)。
具體實施例方式以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細敘述本發(fā)明的具體實施例。實施例I將0.5g KMnO4溶解于IOOmL去離子水中，再向其中加入I. 8mL 37%濃HC1，恒溫水浴25°C下攪拌直到完全溶解，然后將得到的紫黒色溶液移入IOOmL反應(yīng)釜中，在140°C下水熱反應(yīng)12h。將反應(yīng)后得到的大量絮狀黑色或者褐色固體產(chǎn)物水洗、醇洗、分離，反復(fù)3次上述過程后將產(chǎn)物在60°C烘干12h，得到a -MnO2納米棒模板。稱取O. 017g上述制備好的a-MnO2納米棒，在室溫下分散于20mL去離子水中，然后向其中加入2. 5mL O. Imol/L的Zn (NO3) 2溶液，持續(xù)攪拌5min，再加入40mL O. lmol/L的NaOH溶液并持續(xù)攪拌30min。最后，將得到的樣品水洗、醇洗、分離，60°C的條件下干燥12h，得到ZnMn2O4納米棒前驅(qū)體a -Mn02/Zn (OH) 2。將干燥后的ZnMn2O4納米棒前驅(qū)體a -Mn02/Zn (OH) 2放入馬弗爐中以2°C /min速度從室溫程序升溫到650°C并煅燒2h，最終得到ZnMn2O4納米棒。實施例2按照實施例I的本發(fā)明制備方法，將KMnO4的質(zhì)量增加到O. 8g，水熱反應(yīng)在150°C下進行，最終制備出ZnMn2O4納米棒。實施例2
按照實施例I的本發(fā)明制備方法，將KMnO4的質(zhì)量增加到lg，水熱反應(yīng)在160°C下進行，最終制備出ZnMn2O4納米棒。實施例4按照實施例I 的本發(fā)明制備方法，將KMnO4的質(zhì)量增加到0. 8g，水熱反應(yīng)在150°C下進行，煅燒溫度提高至800°C，最終制備出ZnMn2O4納米棒。
權(quán)利要求
1. α -Μη02納米棒模板法制備ΖηΜη204納米棒的方法,其特征在于以下步驟 步驟(I) : a-MnO2納米棒模板的制備；將KMnO4溶解于去離子水中，再向其中加入37%濃HC1，攪拌，直到完全溶解；然后將得到的溶液放入反應(yīng)釜，140-160°C下水熱反應(yīng)12h后取出，在室溫條件下自然冷卻；將得到的固體產(chǎn)物離心或者抽濾，然后水洗、醇洗、分離、干燥，得到α -MnO2納米棒模板； 步驟(2) :ZnMn2O4納米棒前軀體a -Mn02/Zn (OH)2的制備；首先，將上述制備好的a -MnO2納米棒模板在室溫下分散于去離子水中，然后向其中加入Zn (NO3)2溶液，持續(xù)攪拌至分散均勻，再向其中加入的NaOH溶液并持續(xù)攪拌；最后，將得到的樣品水洗、醇洗、分離、干燥，得到ZnMn2O4納米棒前驅(qū)體a -Mn02/Zn (OH)2 ； 步驟(3) =ZnMn2O4納米棒的制備；將干燥后的ZnMn2O4納米棒前驅(qū)體a -Mn02/Zn (OH) 2程序升溫到650°C _800°C煅燒，最終得到尖晶石型ZnMn2O4納米棒。
全文摘要
一種以α-MnO2納米棒為模板的模板法制備尖晶石型ZnMn2O4納米棒的方法，屬于環(huán)保工程領(lǐng)域。尖晶石型復(fù)合金屬氧化物ZnMn2O4在光催化產(chǎn)氫，降解染料等方面有良好的現(xiàn)實應(yīng)用，因此受到了人們越來越多的關(guān)注。采用傳統(tǒng)的方法如固相反應(yīng)法，共沉淀法，水熱法，溶膠-凝膠法等等，所需條件比較苛刻，且耗費時間長，所制得的ZnMn2O4顆粒不均一。本發(fā)明使用α-MnO2納米棒為模板，加入鋅鹽溶液和堿性溶液后經(jīng)過反應(yīng)制得α-MnO2/Zn(OH)2前軀體，最后通過煅燒得到ZnMn2O4納米棒材料。本發(fā)明具有重現(xiàn)性好，成本低，產(chǎn)量大，操作簡單，制備過程無污染，易于工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)等特點。
文檔編號C01G45/12GK102660770SQ20111004657
公開日2012年9月12日 申請日期2011年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月25日
發(fā)明者張攀, 李新勇 申請人:大連理工大學(xué)