氧化锰纳米材料的形貌可控合成及电化学性质研究

马琰

（巴音郭楞职业技术学院，新疆 库尔勒 841000）

锰的自然资源丰富，价格低廉，对生态环境无任何污染以及同时具有多种属于氧化锰的价态。同时，作为一类新型的材料，氧化锰及其结晶物的化合物已在各种催化、铿电、超级离子电容器、吸附、磁电活性质料中显示了许多特殊的化学性质，因此，在催化分子筛、催化复合材料、铿电复合材料和超级离子电容器及光电极管等材料领域上有很大的商业应用发展前景。

1 氧化锰/13X 复合物的制备及其电容性能的研究

1.1 分子筛

分子合成筛又可简称固体合成筛或沸石，是一种具有均一分子结构，能将不同分子大小的水分子进行分离或按其选择性进行反应的一种固体化学吸附催化剂或固体催化剂。狭义地讲，分子结构筛指的是具有结晶态的一个硅酸盐或一个硅基亚铝酸盐，由一个硅氧四面体或一个铝基硅氧四面体分子通过一个氧原子桥与双键分子相连而成所形成的该分子的小尺寸的其大小通常大约为(0.3 ～2.0nm)的孔道和一个空腔分子体系，从而使其具有各种筛分分子的独殊特性。分子复合筛按各种骨架结构元素杂原组成分类可以再细分为磷化硅类和铝酸镁类微孔分子复合筛、磷类和铝酸镁类微孔分子复合筛和各种骨架元素杂原微孔分子复合筛按孔道大小进行划分，孔道尺寸孔径小于2nm、2 ～50nm 和孔径大于50nm 的微孔分子复合筛分别可以称为小型微孔、介孔和微型大孔分子复合筛。分子化的筛与多孔复合材料物质半个世纪以来一直保持围绕着多孔材料物质的三大重要传统应用领域的技术需要：第一，吸附处理材料，用于食品工业与应用环境上的气体分离与空气净化、干燥剂等领域；第二，催化处理材料，用于工业石油食品加工、石油化工、煤化工与工业精细化工等工业领域中大量地用于工业废液催化处理过程的技术需要；第三，离子交换复合材料，大量广泛应用于工业洗涤剂处理工业，矿厂与工业放射性化学废料及工业废液的混合处理等，这些也都是如今分子化的筛与多孔材料物质久经应用长盛不衰且至今尚在保持继续创新发展的重要原因。

沸石晶体分子快速筛产品具有沸石晶体的物理结构和化学特征，表面为一层固体结构骨架，内部的固体孔穴结构可直接起到快速吸附沸石分子的重要作用。孔穴之间通常有孔道相互连接，分子由孔道经过由于根据孔穴的分子结晶结构性质，分子晶体筛的洞穴孔径大小分布非常均一，因而分子晶体筛依据其分子晶体内部各个孔穴的孔径大小对特定分子晶体进行了有选择性的吸附，也就是既能吸附一定孔大小而又能排斥大部分物质的特定分子，因而被形象地地简称为“分子筛”。

1.2 制备

采用液相混合沉淀法。首先，室温下将MnSO4溶液和适量的13X 氨水混合均匀，磁力快速搅拌30min 之后，将混合体系内的温度慢慢调到10℃左右，在缓慢磁力搅拌下，将适量氨水逐渐均匀滴入再次混合后的溶液中，调至温度pH 稳定值为8.5 左右，陈化2h，最后离心分离和氨水洗涤，在100℃下干燥，产物本身就是一种含有不同元素质量相等分数的锰二氧化锰/13X 锰的复合材料。将81wt%的聚二氧化锰/13x%的复合金属电极单体材料、乙炔黑、石墨和白色聚四氟乙烯按照规定质量比80：7.5：7.5：5 混合均匀，加入无水乙醇溶液进行分散，然后再布涂在未经处理过的碱性泡沫体和镍集中的流体上，干燥2h 后，在10MPa 的最高压力下，用手动颚式油压机加热压制进行处理、浸泡，作为复合正极单体材料用并进行复合电化学性能的试验测试，活性炭材料作为复合负极单体材料及其制作方法应用同上。

1.3 表征性能

采用新型多相位用途物相激光管和粉末物相激光衍射仪对未经测试过的样品内部部件进行物相衍射温度测试，测试时所用的光线为一条CuKa 线，λ=1.5418nm，管物相衍射启动电压为40kV，管物相衍射启动电流一般设定为40mA，扫描仪的温度检测范围一般设定为5°～70°。

氧化锰和锂复合所用电极为氧化正极，活性炭复合电极为氧化负极，组成两合一电极测试体系，在1mol·L-1KOH 的氧化水溶液，在二次储能电池产品性能质量检测测试装置和中国新威高能全精度二次电池产品性能质量测试管理系统上分别进行恒流循环充放电性能测试、漏电保护测试，所有检测数据在恒流循环20 周后和循环室温20℃之间进行恒流记录分析测试，以上述优质二氧化锰和锂复合所用电极电池为恒流研究测试电极，氧化活性汞复合电极为恒流参比电极，以上述大面积氧化活性炭复合电极为恒流辅助测试电极，组成三合一电极测试体系，对上述二氧化锰和锂复合所用电极电池进行恒流电化学性能分析测试，以5mv/s 的恒流扫描测试速度对上述二氧化锰和锂复合所用电极电池进行恒流循环2kV 安放电测试，考察上述二氧化锰和锂复合所用电极在1mol·L-1KOH 的水溶液过程中的正极电容变化行为。

最终结果表明，非无定形多孔端子结构比固定晶态多孔结构更适用于超级端子电容器中的电极端子材料，因为其中无定形水合物和氧化锰酸的能量可使超级电解液更容易直接进入超级电极端子材料内部，使得该材料的综合利用率甚至可达对于多晶态材料结构来说，电解液不容易直接进入电解到已经电极化的材料内部。

2 立方形锰的介孔体二氧化锰的矿物制备和化学表征

2.1 二氧化锰介孔功能晶体材料

氧化锰材料是一种重要的化学功能复合材料，因为它具有不同的化学性能而可以具有较宽的磁场应用，如电磁吸附、催化、铿电和高压电容器等。从工作原理上来讲，阳极等离子材料表面作为活性剂的所用碳链介孔长度与材料所用于制备金属氧化锰固体材料的碳链介孔长度孔径和比材料表面积之间可能存在某种直接关联，但目前还没有证据发现相关文献上有人对此问题进行深入研究，因此，对于探讨制备模板催化剂的所用碳链介孔长度和所用于制备复合锰金属氧化物固体材料的碳链介孔长度孔径和比材料表面积之间的某种关联问题具有重要的国际学术研究意义。采用不同长度碳链碳带表面介孔活性剂通过不同水热法反应制备的二氧化锰介孔功能晶体材料，用新的XRD、BET 等水热技术所使得制备的功能材料可以进行化学表征，探讨了碳链表面介孔活性剂中的碳链介孔长度对碳带介孔功能材料各个介孔面的孔径和比例对表面积的直接影响，以及重点探索了材料制备中提出的碳链介孔功能材料在高压电容器和正电极介孔材料上实际应用的一些影响问题。

2.2 制备

将其中DTAB 依次溶于水中加入形成0.5wt%的酸性溶液，向此水的溶液中再次加入形成NaOH%的溶液，完全充分溶解后再将其加入形成MnSO4H2O 的溶液，使得上述反应物摩尔比的计量关系公式符合以下的计算式子，即DTAB/Mn2+=4：1，乃以加铁矿，得到棕色或黑色黏稠浆状的水混合物，将此浆状混合物反复搅拌2.5h 后将其装入低温高压釜中，在100℃的高温烘箱中陈化48h，得到将该产物经高温抽滤、洗涤及再用室温加热干燥后得最终合成产物。

2.3 表征性能

采用新型多相位用途物相激光器和粉末物相激光衍射仪对本次测试到的样品内部颗粒进行物相衍射性的测试，测试时采用的引线为CuKaa 线，λ=1.5418nm 为管出引线，管入和输入输出电压为40kV，管入和输出输入电流的平均值设定40ma。循环伏安测试在一个位于电化学工程实验室的工作站上方并继续向下进行。采用微电极铂片进行温度测试，饱和后的氧化甘汞铂片为一个新的参比电极，铂片为一个具有辅助性的参比电极，组成三维微电极温度测试管理体系，在1M Na2SO4电解液中依次扫描进行三维温度分析测试，扫描后的温度测试范围一般设定为0.-0.1—0.45v。

3 结语

锰二氧化锰等多种超离子纳米材料以其良好的离子交换和活性在其分子中的化学包括吸附、电化学、催化和磁性能研究引起了我对化学和生物材料过程工作者的性能研究极大兴趣。如何合理地配置控制建筑材料的定向柔性生长，进而实现对其形貌、组成、晶体结构乃至晶体组成及其晶体物性的合理化和科学定量调控，对于我们能够深入细致地研究形貌与晶体组成及其晶体物性的密切联系、并最终对实现各种纳米材料的完全可控制和合成过程具有重要的技术意义。