【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于四氧化三锰材料，具体涉及一种超薄四氧化三锰纳米带，特别的还涉及该超薄四氧化三锰纳米带的制备方法，进一步地，还涉及该超薄四氧化三锰纳米带的应用。
技术介绍
1、四氧化三锰(mn3o4)为尖晶石结构，由四面体和八面体两种构型组合形成，其中mn2+占据四面体，mn3+占据八面体，氧原子以四方或立方密集排列结构堆积。与mno2相比，mn3o4具有更高的热稳定性、抗湿性和反应活性，常被用于催化、蓄能、能量转化及气体传感等多个领域的研究。因此，将mn3o4应用于催化分解挥发性有机物(vocs)是一个不错的选择。2010年，韩国的kim等(appl.catal.b,2010,98:180-185)研究了商品锰氧化物对苯和甲苯的催化降解性能，结果发现商品mn3o4的催化活性明显优于商品mn2o3和mno2。都灵理工大学的russo等(appl.catal.b,2015,163:277-287)制备了介孔mn2o3、mn3o4和mnxoy(mn2o3与mno2的混合物)催化剂，并测试了它们对多种vocs(乙烯、丙烯、甲苯及其混合物)的催化活性，结果表明mn3o4对甲苯的氧化分解表现出最佳的催化性能，在248℃下转化率为90％，这可归因于mn3o4具有丰富的氧缺陷和表面活性氧。太原理工大学王爽课题组(chem.eng.sci.,2022,263:118065)利用具有不同配体的mn-mof作为前驱体，通过热处理所制得的mn3o4催化剂对甲苯催化氧化表现出优异的性能，其在218℃下可达到90％的甲苯转化率(甲苯浓度＝1000ppm，空速
2、因此，有必要对vocs催化剂进行深入研究，以实现在较低反应温度下提高催化剂的催化活性，并能适用于低浓度vocs的分解。
技术实现思路
1、本专利技术是基于专利技术人对以下事实和问题的发现和认识做出的：催化剂的晶体结构和形貌对催化活性有很大的影响。催化剂表面缺陷的含量和类型很大程度上取决于其微观形貌，粒径更小、表面暴露率更高的材料更有利于活性位点的暴露，一些具有特殊形貌的催化剂也更容易暴露活性晶面。相关技术中mn3o4的形貌主要为纳米线、纳米片、纳米球等，但这些形貌的mn3o4依旧存在性能不足，对vocs分解催化反应温度较高的问题。
2、本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的实施例提出一种超薄四氧化三锰纳米带，能够在室温、低温下高效、长时间催化降解挥发性有机物，对于mn3o4纳米材料的广泛应用具有重要的意义，并且该催化材料的制备方法简单、成本低、使用寿命长。
3、本专利技术实施例的超薄四氧化三锰纳米带，所述四氧化三锰为具有网络结构的纳米带。
4、本专利技术实施例的超薄四氧化三锰纳米带的优点和技术效果，本专利技术实施例的四氧化三锰的形貌为纳米带，并且自组装形成网络结构，该种形貌为四氧化三锰提供了优异的催化性能，能够使挥发性有机物在室温、低温下得到高效、长时间催化降解，并且该材料具有成本低、使用寿命长的优点。
5、在一些实施例中，所述四氧化三锰纳米带的长宽比为30-600，优选为100-600，更优选为200-600。
6、在一些实施例中，所述四氧化三锰纳米带的厚度为1-5nm。
7、本专利技术实施例还提供了一种超薄四氧化三锰纳米带的制备方法，包括如下步骤：
8、a、将高锰酸钾加入去离子水中，搅拌使其溶解，得到高锰酸钾溶液；
9、b、将油胺、乙二醇和去离子水混合，形成乳液；
10、c、将所述步骤a得到的高锰酸钾溶液加入所述步骤b的乳液中，水浴加热，反应，其中，所述乳液中乙二醇与所述高锰酸钾溶液中高锰酸钾的摩尔比不低于1.5:1；
11、d、向所述步骤c的反应溶液中加入h2so4水溶液，继续反应，其中，1ml h2so4水溶液中h+不超过10mmol，所述h2so4水溶液与所述步骤c得到的反应溶液的体积比为1：80-120；
12、e、对所述步骤d得到的产物进行离心分离，洗涤、干燥后得到超薄四氧化三锰纳米带。
13、本专利技术实施例的超薄四氧化三锰纳米带的制备方法带来的优点和技术效果，1、本专利技术实施例的方法，通过加入油胺，作为结构导向剂和分散剂，使四氧化三锰能够形成超薄结构，提高了四氧化三锰的催化活性；2、本专利技术实施例的方法中，加入的乙二醇作为还原剂与高锰酸钾反应得到四氧化三锰；3、本专利技术实施例的方法中，在二乙醇与高锰酸钾反应进行一段时间后，加入硫酸，能够促进反应剧烈进行发生定向附着生长，促进纳米带的形成；4、本专利技术实施例的方法中，通过严格控制乙二醇和硫酸的用量，使四氧化三锰形成超薄纳米带，并自组装形成网络结构，如果乙二醇的用量过少，会使反应不完全，导致无法形成超薄纳米带结构，如果硫酸的用量过多，会造成晶体被过度腐蚀，同样会导致无法形成超薄纳米带结构；5、本专利技术实施例的方法中，采用水浴法合成，制备方法简单、成本低，易于推广应用；6、本专利技术实施例方法制得的超薄四氧化三锰纳米带，能够在室温、低温下高效、长时间催化降解挥发性有机物。
14、在一些实施例中，所述步骤a中，所述高锰酸钾浓度为0.01-0.07mol/l；所述步骤b中，油胺、乙二醇和去离子水的体积比为(0.01-0.06)：(0.01-0.05):1；所述步骤c中，所述高锰酸钾溶液与所述乳液的体积比为(5-7)：(3-5)。
15、在一些实施例中，所述步骤c中，乙二醇与高锰酸钾的摩尔比为(2-25):1。
16、在一些实施例中，所述步骤c中，所述反应温度为50-90℃，反应时间为1-4h。
17、在一些实施例中，所述步骤d中，加入h2so4水溶液后，所述反应时间为1-8h。
18、在一些实施例中，所述步骤e中，所述洗涤为依次采用环己烷、乙醇和去离子水洗涤1-5次。
19、本专利技术实施例还提供了一种超薄四氧化三锰纳米带在降解挥发性有机物中的应用。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种超薄四氧化三锰纳米带，其特征在于，所述四氧化三锰为具有网络结构的纳米带。
2.根据权利要求1所述的超薄四氧化三锰纳米带，其特征在于，所述四氧化三锰纳米带的长宽比为30-600，优选为100-600，更优选为200-600。
3.根据权利要求1或2所述的超薄四氧化三锰纳米带，其特征在于，所述四氧化三锰纳米带的厚度为1-5nm。
4.一种超薄四氧化三锰纳米带的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
5.根据权利要求4所述的超薄四氧化三锰纳米带的制备方法，其特征在于，所述步骤a中，所述高锰酸钾浓度为0.01-0.07mol/L；所述步骤b中，油胺、乙二醇和去离子水的体积比为(0.01-0.06)：(0.01-0.05):1；所述步骤c中，所述高锰酸钾溶液与所述乳液的体积比为(5-7)：(3-5)。
6.根据权利要求4所述的超薄四氧化三锰纳米带的制备方法，其特征在于，所述步骤c中，乙二醇与高锰酸钾的摩尔比为(2-25):1。
7.根据权利要求4所述的超薄四氧化三锰纳米带的制备方法，其特征在于，所述步骤c中，所述
8.根据权利要求4所述的超薄四氧化三锰纳米带的制备方法，其特征在于，所述步骤d中，加入H2SO4水溶液后，所述反应时间为1-8h。
9.根据权利要求4所述的超薄四氧化三锰纳米带的制备方法，其特征在于，所述步骤e中，所述洗涤为依次采用环己烷、乙醇和去离子水洗涤1-5次。
10.一种权利要求1-3所述的超薄四氧化三锰纳米带或权利要求4-9的方法制得的超薄四氧化三锰纳米带在降解挥发性有机物中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种超薄四氧化三锰纳米带，其特征在于，所述四氧化三锰为具有网络结构的纳米带。
2.根据权利要求1所述的超薄四氧化三锰纳米带，其特征在于，所述四氧化三锰纳米带的长宽比为30-600，优选为100-600，更优选为200-600。
3.根据权利要求1或2所述的超薄四氧化三锰纳米带，其特征在于，所述四氧化三锰纳米带的厚度为1-5nm。
4.一种超薄四氧化三锰纳米带的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
5.根据权利要求4所述的超薄四氧化三锰纳米带的制备方法，其特征在于，所述步骤a中，所述高锰酸钾浓度为0.01-0.07mol/l；所述步骤b中，油胺、乙二醇和去离子水的体积比为(0.01-0.06)：(0.01-0.05):1；所述步骤c中，所述高锰酸钾溶液与所述乳液的体积比为(5-...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐同舟，张忠国，王亮亮，吕丽荣，
申请(专利权)人：北京市科学技术研究院资源环境研究所，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。