摻雜錳氧化物微納米結(jié)構(gòu)的制備及其性能研究.pdf

1、錳氧化物是一類用途廣泛的功能無機材料，可應(yīng)用于磁性材料、能量轉(zhuǎn)換、催化、電池材料等多個領(lǐng)域。錳氧化物通過MnO6八面體以共邊或共角的方式可形成一維孔道結(jié)構(gòu)MnO2、二維層狀結(jié)構(gòu)錳氧化物以及三維尖晶石結(jié)構(gòu)Mn3O4等多種晶體構(gòu)型。目前，孔道狀錳氧化物微納米結(jié)構(gòu)的研究已有大量的報道，而關(guān)于層狀錳氧化物和Mn3O4微納米結(jié)構(gòu)的控制合成及性能調(diào)控的研究工作還很少。此外，摻雜是對金屬氧化物的物理化學性質(zhì)進行調(diào)節(jié)的一個重要手段，但通過控制實驗條件，

2、實現(xiàn)合理的摻雜以達到調(diào)控Mn3O4性能的研究目前還面臨著困難。
　　 本論文以有機還原劑還原高錳酸鉀，在水熱條件下控制合成了不同形貌的錳氧化物微納米結(jié)構(gòu);初步討論了摻雜金屬離子對Mn3O4微晶的影響;并測試了所制備樣品的相關(guān)物理化學性質(zhì)。
　　 首先，以乙醇和葡萄糖為還原劑，通過控制還原劑與高錳酸鉀的比例，獲得了Mn3O4微晶和納米晶。在以乙醇為還原劑時，最終產(chǎn)物(MnOOH和Mn3O4)的組成僅僅與溶液中乙醇的體積有關(guān)

3、。當乙醇體積大于1.5 mL時，最終的產(chǎn)物為單相Mn3O4。產(chǎn)物形貌為微米級別的多面體微晶。在以葡萄糖為還原劑時，產(chǎn)物為50 nm左右的Mn3O4八面體納米晶。實驗結(jié)果表明在水熱體系中，還原劑量在Mn3O4晶體的形成過程中起著決定性的因素。
　　 其次，在乙醇還原體系中討論了摻雜離子對Mn3O4微晶生長過程的影響。本文選取了與Mn2+或Mn3+離子半徑相似的Cr3+、Cu2+、Zn2+、Ni2+等離子作為研究對象。在低摻雜量時，

4、摻雜離子取代晶格中的Mn2+或Mn3+，有效促進了純相Mn3O4微晶的形成。摻雜金屬離子半徑大小是形成單相Mn3O4微晶的關(guān)鍵。若離子半徑相差較大，摻雜離子可以通過改變自身氧化態(tài)以滿足穩(wěn)定晶格的要求。
　　 另外，本文還研究了Mn3O4微納米晶的能量帶隙寬度和催化降解活性。結(jié)果表明Mn3O4微納米結(jié)構(gòu)對光子的吸收具有尺寸效應(yīng)，并且摻雜金屬離子能夠調(diào)節(jié)Mn3O4晶體的能帶寬度;針對亞甲基藍溶液進行催化降解反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)金屬離子摻雜能夠