納米錳氧化物水熱法合成及其生長(zhǎng)機(jī)理的探究.pdf

1、錳氧化物是重要的過(guò)渡金屬氧化物，因其晶體結(jié)構(gòu)具有特殊的隧道結(jié)構(gòu)和片層結(jié)構(gòu)，在催化、電化學(xué)、離子交換和分子吸附方面都有著廣泛的應(yīng)用。利用納米材料的特殊效應(yīng)，在納米尺度范圍內(nèi)，控制錳氧化物的晶型、尺寸和形貌，能更有效地提高納米錳氧化物的性能。進(jìn)而，如何控制納米錳氧化物的尺寸和特殊形貌成為了研究熱點(diǎn)。制備納米錳氧化物的方法越來(lái)越多，水熱法因操作簡(jiǎn)便、成本低廉在研究中得到廣泛應(yīng)用。因此，在納米錳氧化物的研究領(lǐng)域內(nèi)，如何通過(guò)水熱法來(lái)制備可控晶型和

2、形貌的納米錳氧化物成為了一個(gè)重要的研究方向。
　　本文選擇最常見(jiàn)的反應(yīng)物錳酸鉀,作為水熱反應(yīng)的前驅(qū)體。通過(guò)水熱反應(yīng)，制備得到具有不同的晶型和形貌的納米錳氧化物。研究水熱反應(yīng)的反應(yīng)物種類、反應(yīng)物濃度比、表面活性劑的種類、表面活性劑的濃度及溶液的酸堿度，對(duì)制備納米錳氧化物的影響。實(shí)驗(yàn)中使用的主要檢測(cè)和分析手段有：X射線衍射分析（XRD）和掃描顯微分析（SEM），對(duì)水熱反應(yīng)得到的產(chǎn)物進(jìn)行晶型的確定和形貌的觀察，結(jié)合現(xiàn)有理論和以往的研究，

3、得到研究結(jié)果如下：
　　在無(wú)表面活性劑添加的前提下，控制錳元素的濃度不變，改變高錳酸鉀和硫酸錳的濃度比，隨著高錳酸鉀濃度的增加，硫酸錳濃度的降低，得到了β-MnO2納米棒狀結(jié)構(gòu)、α-MnO2納米線狀結(jié)構(gòu)和δ-MnO2納米花狀結(jié)構(gòu)。高錳酸鉀電離出的鉀離子對(duì)納米二氧化錳結(jié)晶形核有重要的影響。形核后，形成的隧道結(jié)構(gòu)晶體會(huì)沿著形成的隧道結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定的方向加速生長(zhǎng)；形成片層狀的納米片的亞穩(wěn)定結(jié)構(gòu)和表面能降低的趨勢(shì)的共同作用下促使納米片組成的

4、納米墻瓦解，形成納米花狀結(jié)構(gòu)。
　　加入表面活性劑檸檬酸三鈉，保持高錳酸鉀濃度不變。檸檬酸三鈉電離在溶液中呈堿性，具有還原性，對(duì) MnOOH納米線形成與瓦解有重要的影響。檸檬酸三鈉具有分散性，在部分錳元素還原為正二價(jià)的時(shí)候，會(huì)吸附在形成的 Mn3O4晶體表面，抑制其晶粒的生長(zhǎng)，最終得到了零維Mn3O4納米顆粒。
　　加入表面活性劑CTAB，保持高錳酸鉀濃度不變，CTAB達(dá)到臨界膠束濃度形成不同形狀的膠束。CTAB形成球狀膠束