MICROWAVE-HYDROTHERMAL HEXAMETHYLENETETRAMINE-MEDIATED SYNTHESIS OF NANOCRYSTALLINE MnO2

Abstract

В статье рассмотрен нетрадиционный подход к синтезу различных полиморфных модификаций диоксида марганца, заключающийся в гидротермально-микроволновой обработке реакционной смеси, содержащей перманганат калия и гексаметилентетрамин. Подчеркнута актуальность работы, обусловленная такими свойствами MnO 2 , как каталитическая и фотокаталитическая активность, его применением в аккумуляторах, суперконденсаторах, в биохимических приложениях. Подробно проанализировано влияние температуры и продолжительности гидротермально-микроволновой обработки, pH среды и типа добавляемой кислоты на фазовый состав и морфологию диоксида марганца. Показано, что фазовый состав диоксида марганца в значительной степени определяется не только температурой, продолжительностью синтеза и pH среды, но и типом добавляемой в реакционную смесь кислоты -азотной или серной. В частности, присутствие серной кислоты, по-видимому, приводит к стабилизации α-MnO 2 . Отмечено, что тип используемой в ходе синтеза кислоты, а также другие условия синтеза не оказывают существенного влияния ни на форму, ни на размер частиц α-, γ-и δ-MnO 2 . Напротив, морфология β-MnO 2 оказалась крайне чувствительной к условиям синтеза: в условиях продолжительной (24 ч) гидротермальной обработки реакционных смесей в диапазоне рН 0.5-1 происходит формирование однофазного пиролюзита, микроструктура которого определяется составом реакционной смеси.Ключевые слова: гидротермально-микроволновой синтез, MnO 2 , гексаметилентетрамин.The article considers a non-conventional approach to the synthesis of various polymorphic modifications of manganese dioxide. The approach consists in hydrothermal microwave processing of a reaction mixture containing potassium permanganate and hexamethylenetetramine. We emphasize the relevance of the work due to such MnO 2 properties as catalytic and photocatalytic activity, its application in accumulators, supercondensers and biochemistry. We report on the first detailed study on the role of temperature, synthesis duration and pH value on the phase composition and morphology of nanocrystalline MnO 2 . We show that the phase composition of manganese dioxide is largely determined not only by temperature, synthesis duration and pH value, but also by the acid added to the reaction mixture (nitric or sulphuric). In particular, the presence of sulfuric acid apparently results in α-MnO 2 stabilization. It is noted that the type of the acid used in the course of the synthesis,