富缺陷Mn-Co金属氧化物催化剂的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种富缺陷Mn

【技术实现步骤摘要】
富缺陷Mn
‑
Co金属氧化物催化剂的制备方法


[0001]本专利技术涉及无机纳米催化材料领域，具体涉及一种富缺陷Mn
‑
Co金属氧化物催化剂的制备方法。

技术介绍

[0002]挥发性有机化合物(Volatile organic compounds,VOCs)已成为空气污染物的主要成分之一，对生态环境和人体健康造成了严重的危害。考虑到节能和环境友好性，低温氧化轻质烷烃催化剂及过程开发是工业催化的研究热点之一。由于贵金属催化剂价格高昂，限制了其商业应用，而在金属氧化物催化剂中，具有尖晶石结构的Mn
‑
Co氧化物是活化并裂解C
‑
C键、C
‑
H键的最有效活性物种之一，在VOCs催化消除方面具有很大的应用潜力。然而，不同的制备方法及合成后修饰都会对催化剂的比表面积、形貌、缺陷密度等产生影响，进而决定了催化剂的活性。近年来，缺陷工程理论已成功地应用于催化领域。如热处理控制晶粒尺寸，刻蚀，原子掺杂，高能球磨等方法通过构造缺陷来提升催化剂的性能。最近研究发现，非晶的无序结构使大量活性位点暴露于表面，甚至可将反应拓展至催化剂体积内部，极大地提高了催化活性。因此，增加催化剂单位面积的缺陷密度已成为了提升催化性能的新突破口。机械化学法合成催化剂因其工艺简单，可制备非晶或纳米级颗粒，利于制造缺陷和孔结构而逐渐被重视起来。然而，具有高表面能的小尺寸颗粒在热处理过程中会不可避免的地发生硬团聚现象，这反而不利于活性位点的暴露。

技术实现思路

>[0003]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种富缺陷Mn
‑
Co金属氧化物催化剂的制备方法，借助MOFs作为催化剂前驱体可抑制金属离子团聚的特点，以及机械化学法构造材料缺陷的思路，采用高能球磨制备的Mn/Co双金属MOFs前驱体，在空气中煅烧形成富缺陷Mn
‑
Co金属氧化物催化剂。
[0004]本专利技术的富缺陷Mn
‑
Co金属氧化物催化剂的制备方法，包括以下步骤：在高能球磨的条件下合成出具有配位缺陷的Mn/Co双金属MOFs前驱体，然后通过煅烧制得富缺陷Mn
‑
Co金属氧化物；
[0005]进一步，包括以下步骤：
[0006]a.将1,3,5
‑
苯三甲酸、含钴和锰的硝酸盐、甲酸、N,N
‑
二甲基甲酰胺混合后进行去质化处理，然后进行球磨处理；
[0007]b.球磨处理后离心清洗并过滤，将所得固体粉末经干燥得到紫红色固体粉末MC
‑
BTC，然后在马弗炉中煅烧得到目标Mn
‑
Co金属氧化物催化剂；
[0008]进一步，步骤a中，所述含钴和锰的硝酸盐为Mn(NO3)2·
4H2O和Co(NO3)2·
6H2O，按摩尔比Mn(NO3)2·
4H2O：Co(NO3)2·
6H2O＝1:4～4:1；
[0009]进一步，步骤a中，先将1,3,5
‑
苯三甲酸和含钴和锰的硝酸盐混合置于球磨罐中，然后将甲酸溶解于N,N
‑
二甲基甲酰胺并加入到球磨罐中，最后加入三乙胺；
[0010]进一步，步骤b中，球磨处理后用N,N
‑
二甲基甲酰胺和无水乙醇将产物离心清洗后过滤，球磨时间为25
‑
35min；
[0011]6、根据权利要求5所述的富缺陷Mn
‑
Co金属氧化物催化剂的制备方法，其特征在于：步骤b中，干燥温度为50
‑
70℃，干燥时间为1.5
‑
2.5小时；
[0012]进一步，步骤b中，煅烧气氛为空气，煅烧温度为300
‑
500℃，马弗炉升温速率4℃/min，保温时间1
‑
3小时。
[0013]本专利技术还公开一种富缺陷Mn
‑
Co金属氧化物催化剂，由富缺陷Mn
‑
Co金属氧化物催化剂的制备方法制得。
[0014]本专利技术的有益效果是：本专利技术公开的富缺陷Mn
‑
Co金属氧化物催化剂的制备方法，借助MOFs作为催化剂前驱体可抑制金属离子团聚的特点，以及机械化学法构造材料缺陷的思路，采用高能球磨制备的Mn/Co双金属MOFs前驱体，在空气中煅烧形成富缺陷Mn
‑
Co金属氧化物催化剂，具有大量配位缺陷的MOFs具有短程有序而长程无序的特殊结构，满足了金属离子分散性的同时细化了晶粒，为制备富缺陷Mn
‑
Co金属氧化物提供了可行性，所制得催化剂最高比表面积可达85.8m2/g，表面缺陷氧的比例约占氧物种的60％。
附图说明
[0015]下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步描述：
[0016]图1为所制得Mn
‑
Co金属氧化物样品的X
‑
射线衍射(XRD)谱图，其中曲线A、B、C、D、E分别对应实施例1、实施例2、实施例3、实施例4和实施例5样品的XRD谱图；
[0017]图2为所制得富缺陷Mn
‑
Co金属氧化物样品对C3H8催化氧化的活性曲线，其中A、B、C、D、E分别对应实施例1、实施例2、实施例3、实施例4和实施例5样品的活性曲线；
[0018]图3为制得富缺陷Mn
‑
Co金属氧化物样品的SEM图片，为实施例3样品C的图片；
[0019]图4为Mn
‑
Co金属氧化物样品的XPS图。
具体实施方式
[0020]实施例一
[0021]取0.1g Mn(NO3)2·
4H2O，0.47g Co(NO3)2·
6H2O，0.420g 1,3,5
‑
苯三甲酸混合置于球磨罐中。将160μL甲酸溶解于1mLN,N
‑
二甲基甲酰胺中，随后将该溶液移至球磨罐，与固体粉末混合获得悬浊液，添加420μL三乙胺，做去质子化处理。旋紧球磨罐，将其固定在振动式高能球磨机的卡槽内，球磨反应时间为30min。用N,N
‑
二甲基甲酰胺和无水乙醇将产物离心清洗后过滤，余下的固体粉末在60℃干燥箱中干燥2小时，在马弗炉中煅烧得到目标Mn
‑
Co金属氧化物催化剂(A)，样品BET比表面积为62.8m2·
g
‑1。煅烧气氛为空气，煅烧温度为400℃，马弗炉升温速率4℃/min，保温时间2小时。
[0022]实施例二
[0023]取0.2g Mn(NO3)2·
4H2O，0.35g Co(NO3)2·
6H2O，0.420g 1,3,5
‑
苯三甲酸混合置于球磨罐中。将160μL甲酸溶解于1mLN,N
‑
二甲基甲酰胺中，随后将该溶液移至球磨罐，与固体粉末混合获得悬浊液，添加420μL本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种富缺陷Mn
‑
Co金属氧化物催化剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：在高能球磨的条件下合成出具有配位缺陷的Mn/Co双金属MOFs前驱体，然后通过煅烧制得富缺陷Mn
‑
Co金属氧化物。2.根据权利要求1所述的富缺陷Mn
‑
Co金属氧化物催化剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：a.将1,3,5
‑
苯三甲酸、含钴和锰的硝酸盐、甲酸、N,N
‑
二甲基甲酰胺混合后进行去质化处理，然后进行球磨处理；b.球磨处理后离心清洗并过滤，将所得固体粉末经干燥得到紫红色固体粉末MC
‑
BTC，然后在马弗炉中煅烧得到目标Mn
‑
Co金属氧化物催化剂。3.根据权利要求2所述的富缺陷Mn
‑
Co金属氧化物催化剂的制备方法，其特征在于：步骤a中，所述含钴和锰的硝酸盐为Mn(NO3)2·
4H2O和Co(NO3)2·
6H2O，按摩尔比Mn(NO3)2·
4H2O：Co(NO3)2·
6H2O＝1:4～4:1。4.根据权利要求3所述的富缺陷Mn
‑
Co金属氧化物催化剂的制备方法，其特征在于：步骤a中，先...

【专利技术属性】
技术研发人员：李传强，刘项，王浩博，彭涛，柴倩倩，李世民，郭强，
申请(专利权)人：重庆交通大学，
类型：发明
国别省市：