酸堿調(diào)變二氧化錳的可控合成及其催化性能研究.pdf

1、二氧化錳(MnO2)基材料價格低廉且物理化學(xué)性質(zhì)特殊，已被廣泛應(yīng)用于催化、離子交換、電化學(xué)和磁學(xué)性能等領(lǐng)域。盡管可以通過不同的方法來合成許多晶型、形貌不同的MnO2納米材料，但如何在同一體系中實現(xiàn)可控制備MnO2及如何對其進行調(diào)變實現(xiàn)高活性仍是個挑戰(zhàn)。本論文從 MnO2獨特的物理化學(xué)性能出發(fā),以提高催化活性為目標(biāo)，通過簡單的酸、堿調(diào)控，實現(xiàn)對 MnO2基材料微結(jié)構(gòu)的調(diào)控，修飾改性以及核殼異質(zhì)組裝。主要創(chuàng)新點與研究內(nèi)容如下：
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2、.通過水熱法，以Mn(NO3)2為錳源，(NH4)2S2O8為氧化劑，在不添加表面活性劑的情況下，單一控制H2SO4的用量合成得兩種形貌相似而晶型不同的α-MnO2海膽和γ-MnO2海膽，酸對于 MnO2晶型的調(diào)變起著重要的作用。通過液相合成法，常溫下以MnCO3為錳源，(NH4)2S2O8為氧化劑，在酸性體系下，即可一步合成出松樹狀的α-MnO2@α-MnO2。在堿性體系下，通過前驅(qū)體轉(zhuǎn)化，合成出不常見的片狀β-MnO2。增加堿濃度，

3、又合成出常見的片狀δ-MnO2。我們以上述 Mn(NO3)2為錳源，調(diào)控酸量得到的α-MnO2和γ-MnO2的這兩種晶型為研究對象，考察了α-，γ-MnO2在堿性介質(zhì)中氧還原反應(yīng)(ORR)的電催化性能，發(fā)現(xiàn)α-MnO2的氧還原活性明顯高于γ-MnO2。在同一體系下得出的結(jié)論進一步證實了晶型能夠影響ORR性能。
　　2.通過回流法，以MnSO4，KMnO4，HNO3為原料合成氧化錳八面體分子篩(OMS-2)催化劑。使用酸(CH3CO

4、OH)和堿(KOH)去修飾調(diào)變OMS-2的微觀結(jié)構(gòu)、K+含量、酸性、還原性能及氧空位。研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)過酸處理OMS-2后，其對二甲醚(T10=170℃，T90=230℃, Ea=64.7 KJ mol-1)和甲苯(T10=170℃，T90=194℃, Ea=62.4 KJ mol-1)顯示了良好的催化燃燒性能，然而堿處理 OMS-2后，其催化氧化的活性降低而熱穩(wěn)定性增強。酸處理OMS-2顯示了良好的催化性能，這歸于其豐富的表面氧，氧物種活潑

5、，還原溫度低及強的酸位。
　　3.通過常溫化學(xué)沉積法，以α-MnO2納米線為基底，分別在酸性和堿性條件下，合成了兩種異質(zhì)核殼結(jié)構(gòu)的材料，薰衣草狀的α-MnO2@α-MnO2和苦瓜狀的α-MnO2@γ-MnO2。異質(zhì)結(jié)構(gòu)因為其特有的結(jié)構(gòu)，在催化和電化學(xué)領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用。以二甲醚燃燒為探針反應(yīng)，探究核殼異質(zhì)結(jié)構(gòu)的催化燃燒活性。研究發(fā)現(xiàn)核殼結(jié)構(gòu)極大的提高了基底α-MnO2納米線的催化性能，且α-MnO2@γ-MnO2比α-MnO2@α