CN104209119B - 一种Mn3O4-MnO2纳米棒复合氧化物、制备方法及其应用 - Google Patents
一种Mn3O4-MnO2纳米棒复合氧化物、制备方法及其应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种Mn3O4-MnO2纳米棒复合氧化物、制备方法及其应用，制备方法为：在去离子水中加入高锰酸钾、葡萄糖和氯化钠，物质的量之比为1：0.1～0.3：0～0.4，高锰酸钾在去离子水中浓度为12-18mol/L,拌均匀后，密封，温度为110～125℃，加热反应6～24h；将反应得到的产物用蒸馏水润洗干净、离心分离并经真空干燥，即Mn3O4-MnO2纳米棒复合氧化物。制得的产物为棒状结构，长度5-50μm，直径为30-120nm。制备的Mn3O4-MnO2纳米棒复合氧化物在催化氧化方面有重要应用。本发明与现有技术相比，过程十分简单可控，无需多步操作；不引入任何表面活性剂、模板剂和酸碱试剂，无污染、零排放；合成条件十分温和，生产成本低。
Description
技术领域
本发明属于双组份金属氧化物的制备技术领域，具体涉及一种Mn3O4-MnO2纳米棒复合氧化物及其制备方法。
背景技术
过渡金属氧化物因其具有特殊的外层轨道电子结构，在催化领域具有良好的催化性能，具有显著的发展潜力，受到了广泛关注和应用。在众多的过渡金属氧化物催化材料中，锰氧化物因其具有可调变的多重价态、绿色无毒、价格低廉等特性，是最受关注的过多金属氧化物催化材料之一。锰氧化物因其具有多重可变的价态，在光、电、磁等方面具有特殊的性能，因此在催化、磁性材料、电池材料、传感等领域得到广泛关注，具有不可估量的开发和应用价值。
作为催化材料，其微观结构和化学组成对其性能影响十分显著。最近的研究显示，具有双组份组成的过渡金属氧化物，因其结合了两种不同过渡金属氧化物，往往较其单一组分氧化物展示出更加优异的催化、电化学和机械性能。
目前，虽然国内外对双组份金属氧化物的报道较多，但对于Mn3O4-MnO2双组份复合氧化物制备的报道还十分有限。目前仅有Xiao等人在CrystEngComm,2011,13,5685-5687通过两步法制备了以Mn3O4作为核、MnO2作为壳的Mn3O4-MnO2双组份异质结构复合物。
该方法虽然获得了Mn3O4-MnO2双组份组成的复合氧化物，但其所采用的方法显然是复杂的多步操作，且引入了一定的强酸，不易控制，增加了生产成本和生态环境的负荷。因此，为了获得更加优异的催化性能，开发绿色高效的合成方法，实现新型结构的Mn3O4-MnO2双组份复合氧化物制备，值得我们进一步探索。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种Mn3O4-MnO2纳米棒复合氧化物，为均一的Mn3O4-MnO2纳米棒双组份复合氧化物。
本发明还提供了一种Mn3O4-MnO2纳米棒复合氧化物的制备方法，以高锰酸钾为锰源、葡萄糖作还原剂、氯化钠作结构导向剂，制备得到Mn3O4-MnO2纳米棒双组份复合氧化物。
本发明同时还提供了一种Mn3O4-MnO2纳米棒复合氧化物的应用，催化氧化方面的应用。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种Mn3O4-MnO2纳米棒复合氧化物，为棒状结构，长度5-50μm，直径为30-120nm。
一种Mn3O4-MnO2纳米棒复合氧化物的制备方法，包括以下步骤：
a、在去离子水中加入高锰酸钾，随后加入葡萄糖和氯化钠，搅拌均匀后，密封，加热反应；
b、将反应得到的产物用蒸馏水润洗干净、离心分离并经真空干燥，即得Mn3O4-MnO2纳米棒复合氧化物。
步骤a中高锰酸钾在去离子水中浓度为12-18mol/L。
步骤a中加入的高锰酸钾、葡萄糖和氯化钠的物质的量之比为1：0.1～0.3：0～0.4。
步骤a中加热反应，温度为110～125℃，反应6～24h。
本发明提供一种Mn3O4-MnO2纳米棒复合氧化物的应用，在催化氧化方面的应用，尤其是在亚甲基蓝催化氧化降解方面的应用。
本发明通过调节高锰酸钾、葡萄糖、氯化钠三者之间物质量之比，控制反应温度和时间，无需添加任何有机表面活性剂和模板剂，可实现Mn3O4-MnO2纳米棒的制备。整个操作简便高效，反应条件十分温和，重复性和可控性好，且其过程绿色环保。本发明与现有技术相比，过程十分简单可控，无需多步操作；不引入任何表面活性剂、模板剂和酸碱试剂，无污染、零排放；合成条件十分温和，生产成本低。
附图说明：
图1为实施例1制备的Mn3O4-MnO2纳米棒复合氧化物的SEM图；
图2(a)为实施例1制备的Mn3O4-MnO2纳米棒复合氧化物的XRD图；
图2(b)为实施例1制备的Mn3O4-MnO2纳米棒复合氧化物的XPS图；
图3为实施例1制备的Mn3O4-MnO2纳米棒复合氧化物对亚甲基蓝的催化降解效果图。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步描述。
实施例1
一种Mn3O4-MnO2纳米棒复合氧化物的其制备方法，包括以下步骤：
用移液管移取20mL的去离子水放入一50mL内衬聚四氟的水热釜中，随后将0.32mol高锰酸钾、0.06moL葡萄糖和0.02moL氯化钠置于上述水热釜内，充分搅拌均匀后，将水热釜密封拧紧，放置于120℃烘箱中，反应6h，将反应得到的产物用蒸馏水润洗3次，分离后并经20℃干燥24h，即可获得长约30μm，直径为约50-100nm的Mn3O4-MnO2纳米棒双组份复合氧化物。
所合成的纳米棒复合物的SEM表征如图1所示；由图2所示的XRD晶型和XSP化学组成可知，所合成的产品为Mn3O4-MnO2双组份复合氧化物。
称取所制备的Mn3O4-MnO2纳米棒复合氧化物10mg置于烧杯中，随后加入10mg/L亚甲基蓝溶液100mL、30wt％的双氧水20mL，将烧杯移入80℃水浴锅中，对亚甲基蓝进行催化氧化降解，每10分钟分析一次催化性能。
图3为催化性能结果，由图3可见所合成的Mn3O4-MnO2双组份复合氧化物在50分钟内实现了对亚甲基蓝100％的催化降解。
实施例2
一种Mn3O4-MnO2纳米棒复合氧化物的其制备方法，包括以下步骤：
用移液管移取20mL的去离子水放入一50mL内衬聚四氟的水热釜中，随后将0.32mol高锰酸钾、0.096moL葡萄糖置于上述水热釜内，充分搅拌均匀后，将水热釜密封拧紧，放置于125℃烘箱中，反应12h，将反应得到的产物用蒸馏水润洗3次，分离后并经10℃干燥30h，即可获得长约5μm，直径为约80-120nm的Mn3O4-MnO2纳米棒双组份复合氧化物。
实施例3
一种Mn3O4-MnO2纳米棒复合氧化物的其制备方法，包括以下步骤：
用移液管移取20mL的去离子水放入一50mL内衬聚四氟的水热釜中，随后将0.32mol高锰酸钾、0.032moL葡萄糖和0.128moL氯化钠置于上述水热釜内，充分搅拌均匀后，将水热釜密封拧紧，放置于110℃烘箱中，反应24h，将反应得到的产物用蒸馏水润洗3次，分离后并经15℃干燥10h，即可获得长约50μm，直径为约30-80nm的Mn3O4-MnO2纳米棒双组份复合氧化物。
Claims (5)
1.一种Mn3O4-MnO2纳米棒复合氧化物，其特征在于，所述Mn3O4-MnO2纳米棒复合氧化物为棒状结构，长度5-50μm，直径为30-120nm。
2.一种权利要求1所述的Mn3O4-MnO2纳米棒复合氧化物的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
a、在去离子水中加入高锰酸钾，随后加入葡萄糖和氯化钠，置于水热釜内，充分搅拌均匀后，将水热釜密封拧紧，放置于烘箱中，加热反应；
b、将反应得到的产物用蒸馏水润洗干净、离心分离并经真空干燥，即得Mn3O4-MnO2纳米棒复合氧化物；
步骤a中加入的高锰酸钾、葡萄糖和氯化钠的物质的量之比为1：0.1~0.3：0~0.4；所述加热反应，温度为110~125℃，反应6~24h。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤a中高锰酸钾在去离子水中浓度为12-18mol/L。
4.一种权利要求1所述的Mn3O4-MnO2纳米棒复合氧化物的应用，其特征在于，在催化氧化方面的应用。
5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，在亚甲基蓝催化氧化降解方面的应用。
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