ε-MnO2微纳米颗粒可控合成及其性能研究

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ε-MnO2微纳米颗粒因其自身独特的物理性质和化学性质被广泛应用在超级电容器、废气处理、废水处理及磁性材料等领域。针对于ε-MnO2微纳米颗粒的制备,如形貌的控制和结构的控制乃至物理性质和化学性质的控制,对于深入探究ε-MnO2微纳米颗粒的可控合成以及性能研究具有深远的意义。因此本论文主要展开了以下的工作:  1.采用恒温共沉淀法、室温共沉淀法、水热法分别制备出块状、球状和卵状MnCO3,接着在空气气氛下400℃焙烧6h制备出块状、球状和卵状ε-MnO2三维实心结构。通过XRD、Raman、TG-DSC、SEM、TEM、BET、XPS、H2-TPR等表征方法对其进行分析,得出以下结论:块状、球状和卵状ε-MnO2三维实心结构形貌规整,具有可控性和重复性;块状和球状ε-MnO2三维实心结构直径均约为1.5μm,卵状ε-MnO2三维实心结构长轴约为2μm,短轴约为1.4μm;块状、球状和卵状ε-MnO2三维实心结构比表面积分别为88.51m2/g、137.19m2/g、79.66m2/g,孔径分别为7.78nm、6.29nm、7.12nm,均属于介孔材料;块状、球状和卵状ε-MnO2三维实心结构具有良好的还原能力和催化活性。探究块状、球状和卵状ε-MnO2三维实心结构催化燃烧甲苯性能,当甲苯转化率为50%时分别需要的温度是193℃、191℃、203℃,当甲苯转化率为90%时分别需要的温度是199℃、194℃、209℃;同时探究其降解亚甲基蓝溶液性能,降解120min后脱色率分别为88.54%、90.82%、80.76%;均能得出催化活性顺序为:球状ε-MnO2三维实心结构>块状ε-MnO2三维实心结构>卵状ε-MnO2三维实心结构,原因是球状ε-MnO2三维实心结构有最高比表面积、最大Mn3+/Mn4+摩尔之比及最好的还原性能。  2.本论文用水热法制备出卵状MnCO3,接着用高锰酸钾氧化12h和盐酸酸蚀1h,再在空气气氛下400℃焙烧6h制备出卵状ε-MnO2核壳结构,通过控制高锰酸钟的氧化时间、盐酸的浓度及酸蚀时间可以控制核壳结构的壳厚与核厚。并通过XRD、SEM、TEM、BET、H2-TPR等表征方法对其进行了深入分析,卵状ε-MnO2核壳结构其形貌规整,具有可控性和重复性;比表面积高达155.14m2/g,孔径为10.52nm,具有更好的还原能力。探究其催化性能,降解亚甲基蓝溶液120min后脱色率达到85.8%。通过对比核壳结构与实心结构的卵状ε-MnO2研究结果可得:核壳结构比实心结构具有更高的比表面积,更大的孔径,更好的还原性能及更好的催化活性。
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