幾種錳氧化物納米材料的合成、表征及其在顏料催化降解中的應用.pdf

1、納米材料由于其一些獨特的性質(zhì)，如表面效應、小尺寸效應、量子尺寸效應等而引起人們的高度關(guān)注。然而，由于納米材料的組成和形貌也是決定納米材料性質(zhì)的重要因素，實現(xiàn)它們的可控選擇性合成，是納米科學和技術(shù)重要的研究方向。此外，制備納米材料成本低廉，有利于環(huán)境保護也是無機合成化學的重要任務(wù)。
　　 錳元素氧化態(tài)和晶體結(jié)構(gòu)的多樣性，使得氧化錳納米材料呈現(xiàn)出諸如MnO2、MnOOH、Mn2O3和Mn3O4等不同的結(jié)構(gòu)存在形式。而不同形貌氧化錳納

2、米材料由于具有許多特殊的物理和化學性質(zhì)，使其在催化材料、鋰離子二次電池的正極材料和新型磁性材料等方面顯示了廣闊的應用前景。隨著現(xiàn)代社會的快速發(fā)展，環(huán)境問題已經(jīng)引起越來越多的關(guān)注。利用納米材料比表面大的特性應用于環(huán)境污染物的催化降解也是當前的研究熱點。
　　 在本論文中，通過不同的方法合成了具有不同晶體結(jié)構(gòu)、氧化態(tài)和形貌的氧化錳納米材料，測定了它們的電化學性能，研究了它們在染料催化降解中的應用，主要結(jié)果如下：
　　 1．在

3、低溫條件下通過溶劑輔助水熱氧化法和溶劑熱氧化法，分別合成了Mn3O4六邊形納米片和納米粒。合成的產(chǎn)物經(jīng)粉末X射線衍射（XRD），場發(fā)射掃描電子顯微鏡（FESEM），透射電子顯微鏡（TEM），高分辨透射電子顯微鏡（HRTEM），電子衍射（ED），傅立葉變換紅外光譜（FT-IR）進行了定性分析，采用循環(huán)伏安法（CV）比較了它們的電化學性質(zhì)，以及在室溫和大氣壓力下比較了它們催化氧化甲醛得到甲酸的能力。結(jié)果表明，納米粒子和六邊形修飾電極與納米碳

4、黑混合均有較高的比容量，但Mn3O4的六邊形納米片是一個更好的催化劑。
　　 2．采用水熱法通過MnO4-和CH2O之間的氧化還原反應，分別在120℃和200℃下反應10h合成了MnOOH納米棒和Mn3O4類八面體納米材料。將MnOOH在馬夫爐中于300℃ 煅燒3h 得到β-MnO2納米線。所合成的產(chǎn)物采用XRD、FE-SEM、TEM、SA-ED、HR-TEM、BET和 UV-vis 漫反射光譜進行了表征。比較研究了它們在通空氣

5、氧的水中和可見光輻照下，催化降解茜素黃R的能力，降解產(chǎn)物采用UV-vis和GC-MS進行定量定性分析。在此基礎(chǔ)上，研究了pH和溫度對催化降解作用的影響。結(jié)果表明在這些 MnOx納米結(jié)構(gòu)中，β-MnO2納米線的比電容和催化活性明顯高于Mn3O4類八面體和MnO(OH)納米棒，在兩個小時內(nèi)β-MnO2納米線在光照下通氧可使茜素黃R的降解率達到98％。并就光催化降解茜素黃R的自由基機理進行了討論。
　　 3．類水納猛礦（Birness

6、ite）相 K0.5Mn2O4.3(H2O)0.5納米管和納米棒通過在聚乙二醇-三聚氰胺-甲醛體系中煅燒醋酸錳和氫氧化鉀得到。所合成的產(chǎn)品利用FE-SEM、TEM、HR-TEM、XRD、FT-IR、SA-ED和EDX進行了表征。采用TGA研究了樣品的熱力學行為和水含量，采用N2吸收解吸等溫線確定了比表面積。樣品的形態(tài)學演變表明反應溫度和反應時間對終產(chǎn)物形態(tài)起決定性作用。并對定向吸附進程（OA-TD）管-棒轉(zhuǎn)換過程進行了討論。測定了K0.

7、5Mn2O4.3(H2O)0.5納米結(jié)構(gòu)催化降解番紅O（SO）的活性，結(jié)果表明管狀結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的催化效率明顯高于棒狀結(jié)構(gòu)。
　　 4．發(fā)展了一種簡單直接的一步反應的水熱途徑合成了KxCoyMn8-yO16納米材料，XRD，F(xiàn)T-IR，SA-ED和EDXA（能量色散x射線分析）研究表明鈷嵌入了鉀錳氧化錳中。FE-SEM，TEM和HRTEM 測定的結(jié)果表明 KxCoyMn8-yO16空球為多晶結(jié)構(gòu)，由排列整齊的納米片構(gòu)成。采用N2吸收解