一種釩酸錳納米帶的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種釩酸錳納米帶的制備方法，屬于功能材料【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明以乙酸錳、偏釩酸銨作為原料，水為溶劑，錳片作為沉積襯底，首先將錳片在蒸餾水內(nèi)超聲清洗，然后將其固定于反應(yīng)釜內(nèi)中間的不銹鋼支架上，接著將乙酸錳、偏釩酸銨與水混合后置于反應(yīng)釜內(nèi)并密封，于溫度300-500℃、保溫36-48h，最終在錳片表面得到了均勻的絮狀褐色沉積物，即為釩酸錳納米帶。本發(fā)明制備過(guò)程簡(jiǎn)單、耗時(shí)短、成本低，制備出的釩酸錳納米帶在新型超級(jí)電容器、鋰離子電池及光催化領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。
【專利說(shuō)明】一種釩酸錳納米帶的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于功能材料【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種釩酸錳納米帶的制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 釩酸錳中的釩、錳原子為四面體結(jié)構(gòu)，具有層狀結(jié)構(gòu)，擁有良好的光學(xué)及電化學(xué)性 能，在光學(xué)器件、光催化、電化學(xué)傳感器及鋰離子電池領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。通過(guò)高溫 固相反應(yīng)法、沉淀法及聚合物輔助合成法可以制備出顆粒狀的釩酸錳粉末。材料的尺寸及 形態(tài)對(duì)其物理、化學(xué)性能有著關(guān)鍵作用，當(dāng)材料尺寸達(dá)到納米級(jí)時(shí)，通過(guò)納米材料的小尺寸 效應(yīng)、表面效應(yīng)、量子尺寸等效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致納米材料的性能明顯優(yōu)于相應(yīng)塊體材料的性能，甚 至?xí)霈F(xiàn)完全不同于塊體材料的新穎的物理、化學(xué)性能。因此，制備出特殊形態(tài)的釩酸錳納 米材料對(duì)于其應(yīng)用具有重要的研究意義。
[0003] 不同于顆粒狀的釩酸錳粉末、釩酸錳納米棒及管狀結(jié)構(gòu)，釩酸錳納米帶作為一種 特殊的納米結(jié)構(gòu)，具有納米尺寸的厚度，一定的寬度和長(zhǎng)度，在超級(jí)電容器、鋰離子電池、 光催化、光學(xué)器件及納米電子器件方面具有良好的應(yīng)用前景。已有文獻(xiàn)（W.D.Huang，S. Κ· Gao, X. Κ· Ding, L. L. Jiang, Μ· D. Wei. J. Alloy. Compd· 495 (2010) 185-188.)報(bào)道了采用多 步水熱法制備出了釩酸錳納米帶。這種方法以四水氯化錳和五氧化二釩為原料，首先將五 氧化二釩放于反應(yīng)釜內(nèi)于200°C水熱反應(yīng)24h，然后將所得溶液與氯化錳混合，放于反應(yīng)釜 內(nèi)于180°C水熱反應(yīng)8天。所得釩酸錳納米帶的寬度為100-300nm、厚度為20-30nm。然而， 此法制備釩酸錳納米帶具有制備過(guò)程復(fù)雜，耗時(shí)長(zhǎng)，至少需要九天的時(shí)間，從而提高了釩酸 錳納米帶的制備成本，限制了釩酸錳納米帶的應(yīng)用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)之不足，提供一種制備過(guò)程簡(jiǎn)單、耗時(shí)短、成本低 的制備釩酸錳納米帶的方法。
[0005] 本發(fā)明提供了一種釩酸錳納米帶的制備方法，該制備方法如下：
[0006] 以乙酸錳、偏釩酸銨作為原料，水為溶劑，錳片作為沉積襯底，其中乙酸錳與偏釩 酸銨的摩爾比為1:1，通過(guò)NaOH調(diào)節(jié)pH值為8-12。首先將錳片在蒸餾水內(nèi)超聲清洗，然 后將其固定于反應(yīng)釜內(nèi)中間的不銹鋼支架上，接著將乙酸錳、偏釩酸銨與水混合后置于反 應(yīng)釜內(nèi)并密封，于溫度300-500°C、保溫36-48h，所述乙酸錳及偏釩酸銨總重量為水重量的 2-30%，乙酸錳、偏釩酸銨與水總量占反應(yīng)釜的填充度為10-40%。最終在錳片表面得到了 均勻的絮狀褐色沉積物，即為釩酸錳納米帶。
[0007] 本發(fā)明的科學(xué)原理如下：
[0008] 本發(fā)明采用上述制備過(guò)程，乙酸錳與偏釩酸銨溶于水內(nèi)，在一定溫度的堿性水熱 條件下，乙酸錳與偏釩酸銨反應(yīng)形成了釩酸錳，釩酸錳在水熱溶液內(nèi)達(dá)到過(guò)飽和狀態(tài)后，從 溶液內(nèi)析出，在水蒸氣的帶動(dòng)下分散于反應(yīng)釜內(nèi)，并逐漸沉積于放置于反應(yīng)釜中間的錳片 上。由于沉積團(tuán)簇為納米級(jí)，其熔化溫度大大降低，納米團(tuán)簇逐漸變?yōu)槿廴诨虬肴廴趹B(tài)，這 種熔融或半熔融態(tài)的釩酸錳與錳片表面的納米錳形成錳、釩酸錳納米團(tuán)簇液態(tài)合金。這些 納米團(tuán)簇液態(tài)合金不斷吸收氣氛中的釩酸錳分子和錳片表面的錳原子，當(dāng)釩酸錳在錳、釩 酸錳納米團(tuán)簇中達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)，釩酸錳從晶核內(nèi)析出形成了釩酸錳納米帶。
[0009] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下技術(shù)效果：
[0010] 1、本發(fā)明采用一步水熱沉積方法，制備過(guò)程簡(jiǎn)單、耗時(shí)短，采用普通的密閉容器， 所以所得釩酸錳納米帶的成本低，為釩酸錳納米帶的應(yīng)用提供了條件；
[0011] 2、本發(fā)明采用的是無(wú)毒的乙酸錳、偏釩酸銨、水以及水熱化學(xué)沉積過(guò)程，原料及制 備過(guò)程對(duì)環(huán)境無(wú)污染，符合環(huán)保要求的工業(yè)化生產(chǎn)方向；
[0012] 3、本發(fā)明制備的釩酸錳納米帶在新型超級(jí)電容器、鋰離子電池、光催化劑、工業(yè)廢 水處理方面具有良好的應(yīng)用前景。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013] 圖1為實(shí)施例1所制備的釩酸錳納米帶的X-射線衍射（XRD)圖譜；
[0014] 根據(jù)JCPDS PDF卡片（JCPDS卡，PDF 52-1266)，可以檢索出所得釩酸錳納米帶由 Mn2V207晶相構(gòu)成，為單斜結(jié)構(gòu)。
[0015] 圖2為實(shí)施例1所制備的釩酸錳納米帶的掃描電子顯微鏡（SEM)圖像；
[0016] 從圖中可以看出制備出來(lái)的樣品為帶狀結(jié)構(gòu)，這些帶狀結(jié)構(gòu)長(zhǎng)約數(shù)十微米，納米 帶的厚度約50nm、寬約0· 5-1 μ m。
[0017] 圖3為實(shí)施例2所制備的釩酸錳納米帶的TEM圖像；
[0018] 從圖中可以看出制備出的樣品為帶狀結(jié)構(gòu)，納米帶的厚度約50nm，寬約 0· 5-1 μ m〇
[0019] 圖4為實(shí)施例2所制備的釩酸錳納米帶的HRTEM圖像；
[0020] 從圖中可以看出制備出的釩酸錳納米帶為良好的單晶結(jié)構(gòu)。

【具體實(shí)施方式】
[0021] 以下結(jié)合具體實(shí)施例詳述本發(fā)明，但本發(fā)明不局限于下述實(shí)施例。
[0022] 實(shí)施例1
[0023] 將尺寸約6X4cm的錳片在蒸餾水內(nèi)超聲清洗10分鐘，然后將其固定于反應(yīng)釜內(nèi) 中間的不銹鋼支架上，隨后將占水重量2%的乙酸錳和偏釩酸銨與水混合后置于反應(yīng)釜內(nèi) 并密封，其中乙酸錳與偏釩酸銨的摩爾比為1: 1，通過(guò)NaOH調(diào)節(jié)溶液pH值為8,乙酸錳、偏 釩酸銨與水總量占反應(yīng)釜的填充度為10%。將反應(yīng)釜于溫度300°C、保溫36h，在錳片表面 得到了均勻的絮狀褐色沉積物，制備出了厚度約50nm、寬約0. 5-1 μ m、長(zhǎng)約十微米的釩酸 猛納米帶。
[0024] 實(shí)施例2
[0025] 將尺寸約6X4cm的錳片在蒸餾水內(nèi)超聲清洗10分鐘，然后將其固定于反應(yīng)釜內(nèi) 中間的不銹鋼支架上，隨后將占水重量30%的乙酸錳和偏釩酸銨與水混合后置于反應(yīng)釜內(nèi) 并密封，其中乙酸錳與偏釩酸銨的摩爾比為1:1，通過(guò)NaOH調(diào)節(jié)溶液pH值為12,乙酸錳、偏 釩酸銨與水總量占反應(yīng)釜的填充度為40%。將反應(yīng)釜于溫度500°C、保溫48h，在錳片表面 得到了均勻的絮狀褐色沉積物，制備出了厚度約50nm、寬約0. 5-1 μ m、長(zhǎng)約十微米的釩酸 猛納米帶。
[0026] 實(shí)施例3
[0027] 將尺寸約6X4cm的錳片在蒸餾水內(nèi)超聲清洗10分鐘，然后將其固定于反應(yīng)釜內(nèi) 中間的不銹鋼支架上，隨后將占水重量10%的乙酸錳和偏釩酸銨與水混合后置于反應(yīng)釜內(nèi) 并密封，其中乙酸錳與偏釩酸銨的摩爾比為1: 1，通過(guò)NaOH調(diào)節(jié)溶液pH值為9,乙酸錳、偏 釩酸銨與水總量占反應(yīng)釜的填充度為20%。將反應(yīng)釜于溫度350°C、保溫40h，在錳片表面 得到了均勻的絮狀褐色沉積物，制備出了厚度約50nm、寬約0. 5-1 μ m、長(zhǎng)約十微米的釩酸 猛納米帶。
[0028] 實(shí)施例4
[0029] 將尺寸約6X4cm的錳片在蒸餾水內(nèi)超聲清洗10分鐘，然后將其固定于反應(yīng)釜內(nèi) 中間的不銹鋼支架上，隨后將占水重量15%的乙酸錳和偏釩酸銨與水混合后置于反應(yīng)釜內(nèi) 并密封，其中乙酸錳與偏釩酸銨的摩爾比為1:1，通過(guò)NaOH調(diào)節(jié)溶液pH值為10,乙酸錳、偏 釩酸銨與水總量占反應(yīng)釜的填充度為25%。將反應(yīng)釜于溫度400°C、保溫42h，在錳片表面 得到了均勻的絮狀褐色沉積物，制備出了厚度約50nm、寬約0.5-1 μ m、長(zhǎng)約十微米的釩酸 猛納米帶。
[0030] 實(shí)施例5
[0031] 將尺寸約6X4cm的錳片在蒸餾水內(nèi)超聲清洗10分鐘，然后將其固定于反應(yīng)釜內(nèi) 中間的不銹鋼支架上，隨后將占水重量20%的乙酸錳和偏釩酸銨與水混合后置于反應(yīng)釜內(nèi) 并密封，其中乙酸錳與偏釩酸銨的摩爾比為1:1，通過(guò)NaOH調(diào)節(jié)溶液pH值為11，乙酸錳、偏 釩酸銨與水總量占反應(yīng)釜的填充度為30%。將反應(yīng)釜于溫度450°C、保溫44h，在錳片表面 得到了均勻的絮狀褐色沉積物，制備出了厚度約50nm、寬約0. 5-1 μ m、長(zhǎng)約十微米的釩酸 猛納米帶。
[0032] 實(shí)施例6
[0033] 將尺寸約6X4cm的錳片在蒸餾水內(nèi)超聲清洗10分鐘，然后將其固定于反應(yīng)釜內(nèi) 中間的不銹鋼支架上，隨后將占水重量25%的乙酸錳和偏釩酸銨與水混合后置于反應(yīng)釜內(nèi) 并密封，其中乙酸錳與偏釩酸銨的摩爾比為1:1，通過(guò)NaOH調(diào)節(jié)溶液pH值為12,乙酸錳、偏 釩酸銨與水總量占反應(yīng)釜的填充度為35%。將反應(yīng)釜于溫度450°C、保溫46h，在錳片表面 得到了均勻的絮狀褐色沉積物，制備出了厚度約50nm、寬約0. 5-1 μ m、長(zhǎng)約十微米的釩酸 猛納米帶。
[0034] 實(shí)施例7
[0035] 將尺寸約6X4cm的錳片在蒸餾水內(nèi)超聲清洗10分鐘，然后將其固定于反應(yīng)釜內(nèi) 中間的不銹鋼支架上，隨后將占水重量15%的乙酸錳和偏釩酸銨與水混合后置于反應(yīng)釜內(nèi) 并密封，其中乙酸錳與偏釩酸銨的摩爾比為1:1，通過(guò)NaOH調(diào)節(jié)溶液pH值為11，乙酸錳、偏 釩酸銨與水總量占反應(yīng)釜的填充度為15%。將反應(yīng)釜于溫度350°C、保溫48h，在錳片表面 得到了均勻的絮狀褐色沉積物，制備出了厚度約50nm、寬約0. 5-1 μ m、長(zhǎng)約十微米的釩酸 猛納米帶。
[0036] 實(shí)施例8
[0037] 將尺寸約6X4cm的錳片在蒸餾水內(nèi)超聲清洗10分鐘，然后將其固定于反應(yīng)釜內(nèi) 中間的不銹鋼支架上，隨后將占水重量25%的乙酸錳和偏釩酸銨與水混合后置于反應(yīng)釜內(nèi) 并密封，其中乙酸錳與偏釩酸銨的摩爾比為1:1，通過(guò)NaOH調(diào)節(jié)溶液pH值為10,乙酸錳、偏 釩酸銨與水總量占反應(yīng)釜的填充度為20%。將反應(yīng)釜于溫度350°C、保溫48h，在錳片表面 得到了均勻的絮狀褐色沉積物，制備出了厚度約50nm、寬約0. 5-1 μ m、長(zhǎng)約十微米的釩酸 猛納米帶。
【權(quán)利要求】
1. 一種釩酸錳納米帶的制備方法，其特征在于，該方法具體步驟如下： 以乙酸錳、偏釩酸銨作為原料，水為溶劑，錳片作為沉積襯底，首先將錳片在蒸餾水內(nèi) 超聲清洗，然后將其固定于反應(yīng)釜內(nèi)中間的不銹鋼支架上，接著將乙酸錳、偏釩酸銨與水混 合后置于反應(yīng)釜內(nèi)并密封，于溫度300-500°C、保溫36-48h，最終在錳片表面得到了均勻的 絮狀褐色沉積物，即為釩酸錳納米帶； 其中：乙酸錳與偏釩酸銨的摩爾比為1:1，通過(guò)NaOH調(diào)節(jié)溶液pH值為8-12,乙酸錳 及偏I(xiàn)凡酸銨總重量為水重量的2-30%，乙酸猛、偏f凡酸銨與水總量占反應(yīng)荃的填充度為 10-40%。
【文檔編號(hào)】B82Y30/00GK104118912SQ201410400470
【公開(kāi)日】2014年10月29日 申請(qǐng)日期:2014年8月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月14日
【發(fā)明者】裴立宅, 蔡征宇, 林楠, 馬健 申請(qǐng)人:安徽工業(yè)大學(xué)