尖晶石型催化剂的结构、制备与应用
锰酸锂尖晶石结构
锰酸锂尖晶石结构锰酸锂尖晶石是一种具有特殊结构的化合物，其结构和性质在材料科学领域具有重要的应用价值。
本文将详细介绍锰酸锂尖晶石的结构特点以及其在电池等领域的应用。
一、锰酸锂尖晶石的结构特点锰酸锂尖晶石的化学式为LiMn2O4，其晶体结构属于尖晶石结构。
尖晶石结构是一种典型的立方晶系结构，具有四面体和八面体两种结构单元。
在锰酸锂尖晶石中，锰离子占据八面体空位，锂离子占据四面体空位。
锰离子的氧化态为+3，锂离子的氧化态为+1。
锰酸锂尖晶石的晶体结构稳定，具有较高的电导率和良好的化学稳定性。
二、锰酸锂尖晶石的物理性质锰酸锂尖晶石具有良好的电导性能和化学稳定性，是一种理想的锂离子电池正极材料。
锰酸锂尖晶石具有较高的比容量和较平缓的充放电曲线，能够实现较高的循环寿命。
同时，锰酸锂尖晶石还具有较高的热稳定性和结构稳定性，能够在高温下保持较好的电化学性能。
三、锰酸锂尖晶石的应用锰酸锂尖晶石作为一种重要的电池正极材料，广泛应用于锂离子电池中。
锂离子电池是目前最常见的可充电电池之一，广泛应用于移动电子设备、电动汽车等领域。
锰酸锂尖晶石具有较高的比容量和较好的循环寿命，能够满足现代电子产品对电池性能的要求。
锰酸锂尖晶石还可以应用于储能系统中。
随着可再生能源的快速发展，储能技术成为解决能源供应和需求之间矛盾的重要手段。
锰酸锂尖晶石作为一种储能材料，具有较高的放电容量和循环寿命，能够有效储存电能，并在能源需求高峰时释放。
锰酸锂尖晶石还具有其他应用价值。
由于其特殊的结构和化学性质，锰酸锂尖晶石可以用于催化剂、传感器等领域。
锰酸锂尖晶石具有较高的电导率和较好的化学稳定性，能够作为催化剂催化一些重要的化学反应。
同时，锰酸锂尖晶石还可以用于制备传感器，用于检测环境中的气体、离子等。
锰酸锂尖晶石具有特殊的结构和优良的性质，在电池和储能等领域具有广泛的应用前景。
锰酸锂尖晶石的结构稳定性和良好的电化学性能使其成为理想的正极材料。
随着科学技术的不断发展，相信锰酸锂尖晶石的应用领域还会进一步扩展，为人类的生活和发展带来更多的便利和创新。
尖晶石纳米催化剂的制备及其在析氧反应中的应用研究
尖晶石纳米催化剂的制备及其在析氧反应中的应用研究尖晶石纳米催化剂的制备及其在析氧反应中的应用研究一、引言催化剂在化学反应中扮演着至关重要的角色。
近年来，尖晶石纳米催化剂由于其独特的物化性质，吸引了广泛的研究兴趣。
尖晶石的晶体结构具有非常高的稳定性和催化活性，这使得尖晶石纳米催化剂成为一种具有巨大应用潜力的材料。
本文将介绍尖晶石纳米催化剂的制备方法，并探讨其在析氧反应中的应用研究。
二、尖晶石纳米催化剂的制备方法1. 溶剂热法溶剂热法是制备尖晶石纳米催化剂的一种常见方法。
在该方法中，将金属离子溶解在有机溶剂中，然后通过热解反应形成纳米尖晶石。
该方法的优点在于制备过程简单、操作易于控制。
然而，溶剂热法的制备温度较高，对设备的要求也较高。
2. 水热法水热法是另一种常用的制备尖晶石纳米催化剂的方法。
在该方法中，金属离子与适当的盐类反应生成沉淀，通过调控反应条件，如温度、压力和反应时间等，可以得到具有不同形貌和尺寸的纳米尖晶石。
相较于溶剂热法，水热法的制备温度较低，且对设备要求较低，因此更易于大规模制备。
3. 物理法物理法是另一种制备尖晶石纳米催化剂的方法。
在这种方法中，通过磁控溅射、离子束溅射或磁外引用法等，将金属原子沉积在基底上，然后通过热退火或离子辐照等方式形成纳米尖晶石。
物理法制备的尖晶石纳米催化剂具有较高的结晶度和纯度，但其制备过程较为复杂，对设备要求也较高。
三、尖晶石纳米催化剂在析氧反应中的应用研究尖晶石纳米催化剂在析氧反应中具有广泛的应用前景。
析氧反应是一种将水分解为氢气和氧气的重要反应，对于可再生能源的发展具有重要意义。
研究表明，尖晶石纳米催化剂具有良好的析氧活性和稳定性。
尖晶石纳米催化剂具有较大的比表面积和较高的晶格缺陷浓度，提供了充足的活性位点和催化活性。
此外，尖晶石纳米催化剂的晶格结构能够将活性物种吸附在表面并发生反应，进一步增加了其析氧活性。
研究还发现，尖晶石纳米催化剂的晶格结构可以通过杂化或掺杂来调节，从而进一步提高析氧活性。
尖晶石型过渡金属基催化剂的设计合成及其电催化分解水性能研究
尖晶石型过渡金属基催化剂的设计合成及其电催化分解水性能研究解决能源危机有效方法是选择合适的可再生能源替代传统能源,从而减少化石能源消耗。
水电解是可以将太阳能、风能产生的电能转化为氢能的一项有效技术。
目前,主要使用贵金属基催化剂,但贵金属的稀缺性和高成本阻碍了它们的大规模应用。
近几年中,在开发用于析氢反应（HER）和析氧反应（OER）的单过渡金属（STM）基硫化物,硒化物,氮化物和磷化物方面取得了重大进展。
然而,STM材料不稳定,相比贵金属电催化活性低。
因此,开发用于电化学水分解的具有高效、耐用和低成本的新一代电催化剂仍是一个重大挑战。
尖晶石结构（AB<sub>2</sub>X<sub>4</sub>）材料,是一种基于混合过渡金属的电催化剂,由于其优异的导电性,双金属原子的协同效应和结构稳定性而成为分解水的有效且耐用的电催化剂,正在水电解领域得到迅速发展。
本论文围绕如何获得高效稳定的尖晶石结构催化剂。
通过调控形貌、成分,改变催化剂表面状态、电子结构,实现催化剂改性和赋予特定功能,使其性能不断提升。
结合理论指导和试验探索,揭示催化的本质。
主要研究内容如下:（1）系统研究尖晶石催化剂形貌与催化分解水性能的关系。
研究发现通过改变形貌可以有效调控尖晶石NiCo<sub>2</sub>O<sub>4</sub>电解水性能,在碱性溶液中NiCo<sub>2</sub>O<sub>4</sub>纳米片（NCO-NSs）有利于HER,而NiCo<sub>2</sub>O<sub>4</sub>纳米线（NCO-NWs）有利于OER催化。
利用DFT计算中间体在NiCo<sub>2</sub>O<sub>4</sub>两种形貌表面的吸附能,结果表明在碱性溶液中H*和O*吸附步分别是HER和OER反应过程速度控制步,Ni<sub>Td</sub>（Ni在四配位）是催化分解水的活性中心。
fd3m空间群尖晶石型结构
fd3m空间群尖晶石型结构尖晶石是一种重要的晶体结构类型，具有广泛的应用领域。
其中，fd3m空间群尖晶石型结构是一种特殊的尖晶石结构，具有独特的物理和化学性质。
本文将对fd3m空间群尖晶石型结构进行详细的介绍和分析。
fd3m空间群尖晶石型结构是由四面体和八面体两种不同的离子组成的。
四面体位置上的离子通常是正离子，而八面体位置上的离子通常是负离子。
这种离子排列方式使得fd3m空间群尖晶石型结构具有良好的稳定性和热力学性质。
fd3m空间群尖晶石型结构中的正离子和负离子之间存在着离子键和共价键。
离子键是由正离子和负离子之间的电荷吸引力形成的，具有较强的化学键能。
共价键是由正离子和负离子之间的电子共享形成的，具有较弱的化学键能。
这种离子键和共价键的组合使得fd3m 空间群尖晶石型结构具有良好的导电性和热导性。
fd3m空间群尖晶石型结构具有高度的空间对称性和周期性。
在这种结构中，离子排列成紧密堆积的球形结构，形成了三维的晶格。
这种紧密堆积的结构使得fd3m空间群尖晶石型结构具有较高的密度和硬度。
fd3m空间群尖晶石型结构的化学式通常可以表示为AB2O4，其中A 表示四面体位置上的正离子，B表示八面体位置上的负离子，O表示氧离子。
在这种结构中，正离子和负离子之间存在着离子键和共价键。
正离子和负离子之间的离子键主要由正离子和负离子之间的电荷吸引力形成，而共价键主要由正离子和负离子之间的电子共享形成。
fd3m空间群尖晶石型结构具有广泛的应用领域。
在材料科学领域，尖晶石型材料被广泛用于制备陶瓷材料、催化剂和电池材料等。
在能源领域，尖晶石型材料被用于制备高效的光催化剂和燃料电池催化剂等。
在电子领域，尖晶石型材料被用于制备高性能的电子器件和磁性材料等。
fd3m空间群尖晶石型结构是一种重要的晶体结构类型，具有独特的物理和化学性质。
它的稳定性、导电性和热导性等性质使得它在材料科学、能源领域和电子领域等具有广泛的应用前景。
关于尖晶石型催化剂的研究进展讲解
热学性质：
尖晶石可用热处理改善颜色。蓝色者在900℃加热变成绿 色，加热到1200℃变成黄色。
因为尖晶石的结构中都含有空隙和存在缺陷，晶体中出现
空位或填隙原子，所以导，每个尖晶石晶胞中 含有32个O2-，16个B3+，8个A2+，相当于8个 AB2O4分子。32个O2-作为立方最密堆积时，共产 生64个四面体空隙和32个八面体空隙。若所有的 A2+都填充在四面体空隙，而所有的B3+都填充在八 面体空隙，该结构的尖晶石称作正型尖晶石。
尖晶石复合氧化物作为一种新型的光催化剂越来越 受到研究者们的重视，它具有禁带宽度窄、无光腐蚀和 可见光利用率高等优点。
Tang等制备的CaIn2O4和CaBi2O4粉体半导体光催化 剂，在可见光照射下用亚甲基蓝和气相乙醛作为目标物， 结果发现这两种催化剂均具有很高的催化效率，在同样 条件下，CaIn2O4与P-25进行比较，显出更高的催化活 性。
Jiang等制备的尖晶石型CuAl2O4纳米粉体，利用紫 外—可见漫反射吸收光谱，得到吸收极限波长约为 700nm，禁带宽度为1.77eV。在荧光汞灯(λ>400nm)照 射下，纳米CuAl2O4粉体对甲基橙降解2h脱色率可达到 97%。
共沉淀法制备的Co0.7Ce０.3Co2O4 催化剂有较 高的晶格畸变率和比表面积、较大的孔径和孔容、较 小的晶粒度、较强的氧活动性和较低的甲烷催化燃烧 反应的表观活化能。
主讲人：陆倍佑 组员：焦建雄、梁志东、韦志威、陆倍佑、秦聪
尖晶石是镁铝氧化物组成的矿物。尖晶石呈坚硬的玻璃状
八面体或颗粒和块体。它们常出现在火成岩、花岗伟晶岩 和变质石灰岩中。其化学分子式为(Mg，Fe，Zn，Mn) (Al，Cr，Fe)2O4，统一为AB2O4，它的成分比较复杂， 包括了铝尖晶石和铬尖晶石等亚族。
尖晶石型催化剂的结构、制备与应用
***********学院尖晶石型催化剂的结构、制备与应用学号：专业：学生姓名：任课教师：2013年12月尖晶石型催化剂的结构、制备与应用**************学院摘要：尖晶石类催化剂近些年来发展迅速，作为环境保护末端治理方面的新秀，有很多值得大家去深入探究的地方。
尖晶石型催化剂在高级氧化中有着较为广泛的应用，尖晶石型催化剂在臭氧体系或者过硫酸盐体系中与臭氧或者过硫酸盐发生协同作用，提高体系的氧化性，对绝大部分有机物进行去除降解，得到良好的效果。
尖晶石结构类似于钙钛矿，但仍有较大区别，本文对尖晶石结构进行了介绍，并给出了几种比较常用的尖晶石制法。
关键词：尖晶石；高级氧化；催化；结构；制备1、尖晶石的结构人们对多元复合氧化物材料的结构和组成的设计和制备的研究，不断发现了复合金属氧化物材料具有磁性、气敏性、电导性和催化活性等特性，并将他们广泛应用在能源、信息、冶金、电子、化工、生物和医学等领域复合金属氧化物的种类繁多，主要有尖晶石型、钙钛矿型、白钨矿和铜铁矿等类型，由于组成和结构的变化引起材料的多功能性，使得尖晶石型和钙钛矿型复合金属氧化物成为最常见和应用最广的光催化材料，在本文中，主要讨论尖晶石结构复合型金属氧化物[1]。
尖晶石的化学分子式可以用XY2O4表示，以天然矿石MgAl2O4尖晶石为例，其晶体结构属于立方晶系，每个单胞中包含56个离子，其中包括2价金属离子8个，3价金属离子16个，32个氧离子，其中的Mg2+和A13+离子可以被其它的二价(Ni2+、Co2+、Cu2+、Zn2+、Mn2+等)或者三价(Fe3+、Co3+、Ga3+等)离子替代，图1.1为尖晶石结构复合金属氧化物的晶体结构示意图，在尖晶石的晶胞中，氧离子间隙之中镶嵌了金属离子，其中四个氧离子包围了间隙较小的四面体座，这四个氧离子的中心联线构成四面体；而六个氧离子包围了间隙较大的八面体座，这六个氧离子的中心联线构成八面体(图1.1)，尖晶石结构的单位晶胞含有8个分子，其中包含32个八面体座和64个四面体座，金属离子分别占据其中的8个四面体座(A位)和16个八面体座(B位)，占据A位置的亚晶胞按四面体排列，占据B位置的亚晶胞按互补的四面体排列[2]。
一种尖晶石型氧化物催化剂的制备方法与应用[发明专利]
![一种尖晶石型氧化物催化剂的制备方法与应用[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/77ea455ba88271fe910ef12d2af90242a995ab45.png)
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010796169.8(22)申请日 2020.08.10(71)申请人 中北大学地址 030051 山西省太原市尖草坪区学院路3号(72)发明人 王美 王慧奇 李莹 侯华 (74)专利代理机构 北京慕达星云知识产权代理事务所(特殊普通合伙)11465代理人 赵徐平(51)Int.Cl.B01J 23/75(2006.01)B01J 23/34(2006.01)B01J 23/755(2006.01)B01J 23/72(2006.01)B01J 23/86(2006.01)B01J 23/06(2006.01)B01J 35/10(2006.01)C25B 11/06(2006.01)C25B 1/04(2006.01)(54)发明名称一种尖晶石型氧化物催化剂的制备方法与应用(57)摘要本发明公开了一种尖晶石型氧化物催化剂的制备方法，采用真空感应熔炼炉将钴、铁、镍、锰、铜、铬、锌中的一种或两种过渡金属与铝共同加热至熔融态，待冷却至棒状合金锭，使用真空甩带装置将其熔化，并吹铸成相应的合金条带，将合金条带置于碱性溶液中进行脱合金处理，得到脱合金产物，为了提高材料的结晶性和稳定性，将脱合金产物置于管式炉中，在空气氛围中进行高温退火处理，制得一种尖晶石型氧化物催化剂。
本发明还涉及该电极材料的应用，所得催化剂具有多金属混合价态，可显著增强材料的导电能力，在碱性环境中对氧析出反应(OER)和氧还原反应(ORR)均表现出良好的电催化活性，且稳定性佳，可用作可充放电金属‑空气电池的阴极催化剂。
权利要求书1页 说明书7页 附图6页CN 111841543 A 2020.10.30C N 111841543A1.一种尖晶石型氧化物催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将钴、铁、镍、锰、铜、铬、锌中的一种或两种过渡金属与铝共同置于真空感应熔炼炉内加热至熔融态，得到合金液，将所述合金液在惰性气氛下冷却，形成棒状合金锭，然后使用真空甩带装置将所述合金锭熔化，吹铸成合金条带；(2)将所述合金条带置于碱性溶液中进行脱合金处理，经超纯水多次冲洗后烘干，得到脱合金产物；(3)将所述脱合金产物置于管式退火炉中，在空气氛围中将管式炉升温至300～1100℃，保温0.5～24h后降至室温，得到尖晶石型氧化物催化剂。
化学合成尖晶石型氧化物催化剂
化学合成尖晶石型氧化物催化剂尖晶石型氧化物催化剂是一类被广泛应用于化学合成领域的重要材料。
它们具有高度结晶性、热稳定性和化学惰性，因此在催化反应中表现出良好的活性和选择性。
尖晶石型氧化物催化剂的合成方法和结构调控对其催化性能具有重要影响。
本文将探讨化学合成尖晶石型氧化物催化剂的研究进展和应用前景。
尖晶石型氧化物催化剂的合成方法多种多样，常见的包括溶胶-凝胶法、水热法、共沉淀法和气相沉积法等。
其中，溶胶-凝胶法是一种常用的制备方法。
该方法通过控制溶胶的成分和凝胶的形成过程，可以制备出具有高度结晶性和均匀分散度的尖晶石型氧化物催化剂。
水热法则是通过在高温高压下进行反应，使反应物在水热条件下发生水热合成反应，从而制备出具有尖晶石结构的氧化物催化剂。
共沉淀法则是通过将金属离子和沉淀剂一起加入溶液中，使金属离子与沉淀剂发生反应，从而形成沉淀，最终制备出尖晶石型氧化物催化剂。
气相沉积法则是通过将金属有机化合物或金属卤化物在高温下分解，使金属原子在气相中游离，然后在基底表面沉积形成薄膜，最终制备出尖晶石型氧化物催化剂。
尖晶石型氧化物催化剂的结构调控对其催化性能具有重要影响。
通过调控尖晶石型氧化物催化剂的晶体结构、晶格缺陷和表面形貌等因素，可以改善催化剂的活性和选择性。
例如，通过控制尖晶石型氧化物催化剂的晶体尺寸和形貌，可以增加催化剂的比表面积和活性位点密度，从而提高催化剂的催化活性。
同时，通过引入晶格缺陷或调控金属离子的氧化态，可以改变催化剂的电子结构和表面酸碱性，从而调控催化剂的选择性。
尖晶石型氧化物催化剂在有机合成、能源转化和环境保护等领域具有广泛的应用前景。
在有机合成领域，尖晶石型氧化物催化剂常用于有机物的氧化、还原和羰基化反应等。
例如，尖晶石型氧化物催化剂可以催化苯胺的氧化反应，将苯胺转化为苯酚，从而实现有机物的功能化。
在能源转化领域，尖晶石型氧化物催化剂可用于燃料电池、锂离子电池和水分解等。
例如，尖晶石型氧化物催化剂可以作为燃料电池的阳极催化剂，催化氢气的氧化反应，从而提高燃料电池的性能。
镁铝尖晶石的制备及在催化反应中的应用
Le wis 酸性，吡啶吸附表明镁铝尖晶石表面存在两 种强度的 L 酸中心：较强的（1605 !1615c m-1 ）和较 弱的（!1591c m-1 ）。CO2 的线性吸附发生在两类 Le wis 酸中心：包括六配位铝的低频带（2360c m-1 ） 和包括四配位镁的高频带（2375c m-1 ）。相对于吡 啶，CO 和 CO2 的线性吸附量很小。吡啶可以化学 吸附在每个酸中心上，而 CO 和 CO2 只能化学吸附 在那些非常强的酸中心上。Lercher［24 ］通过镁铝混 合氧化物吸附丙酮、吡啶和二氧化碳后的红外光谱
略高，中孔和大孔体积相当；在500 C !900 C 升温 过程中，两种材料比表面的减小趋势相同，孔体积变 化不大。Morterra 等［23 ］用 Mg（N0 3 ）2 溶液浸渍氧 化铝后缓慢加热到340 C ，硝酸盐热分解。继续加 热到400 C ，XRD 谱图中出现镁铝尖晶石的特征衍 射峰，同时表面羟基的的红外振动峰变得更加不对
复合氧化物不仅本身具有催化活性，而且被广 泛地用作负载型金属催化剂的载体材料。它不仅兼 备两种氧化物优点，并具备两种氧化物未具备的新 优点，使包括尖晶石在内的复合氧化物的开发成为 当今催化领域的一个重要研究方向。尖晶石型复合 氧化物已成为重要的催化材料［1 -2 ］。镁铝尖 晶 石 复合氧化物 MgAl 2 0 4 同时具有酸性和碱性两种活 性中心，性质稳定，不易烧结，它的催化作用及其作 为载体的重要作用已逐渐引起人们的关注。
尖晶石材料的制备和应用
尖晶石材料的制备和应用尖晶石是一种重要的材料，在许多领域都有广泛的应用，例如储能、白炽灯、半导体器件等。
本文将分别介绍尖晶石材料的制备和应用。
一、尖晶石材料的制备尖晶石材料的制备通常分为两种方法：化学法和物理法。
1. 化学法化学法是制备尖晶石材料的主要方法之一。
这种方法通常涉及到溶剂热法、水热法和固相反应法。
（1）溶剂热法溶剂热法是一种非常有效的制备尖晶石材料的化学方法。
在这种方法中，先将金属离子、有机酸和溶剂混合在一起，然后在高温下进行合成反应。
这种反应通常需要几小时或几天的时间才能完成。
（2）水热法水热法也是一种比较常用的制备尖晶石材料的化学方法。
这种方法涉及到将金属离子、氧化剂和溶剂放在一个高压容器中，在高压和高温下进行反应。
这种反应通常需要几个小时至几天的时间。
（3）固相反应法固相反应法是一种制备尖晶石材料的经典方法。
在这种方法中，先将金属离子和氧化剂混合在一起，随后在高温下进行反应。
这种反应通常需要几小时或几天的时间。
2. 物理法物理法也是制备尖晶石材料的重要方法之一。
这种方法通常涉及到烧结法、微波法和溅射法。
（1）烧结法烧结法是一种利用高温将粉末压缩成尖晶石材料的方法。
在这种方法中，先将尖晶石粉末放入模具中，然后将模具放入烧炉中进行烧结。
这种方法通常需要几个小时或几天的时间才能完成。
（2）微波法微波法是一种利用微波辐射将粉末压缩成尖晶石材料的方法。
在这种方法中，首先将粉末放入微波炉中，然后用微波辐射将粉末烧结成块状。
这种方法通常可以在几分钟内完成。
（3）溅射法溅射法是一种利用金属蒸汽沉积在基板上制备尖晶石材料的方法。
在这种方法中，首先将基板放入真空室中，随后将金属加热至升华温度。
升华的金属蒸汽随着惰性气体（例如氩气）流经化合物靶材，然后沉积在基板上形成尖晶石材料。
这种方法通常需要几小时或几天的时间才能完成。
二、尖晶石材料的应用尖晶石材料的应用非常广泛，下面我们将介绍一些常见的应用领域。
锰酸锂尖晶石结构
锰酸锂尖晶石结构锰酸锂（LiMn2O4）是一种重要的正极材料，被广泛应用于锂离子电池中。
其独特的尖晶石结构赋予了锰酸锂优异的电化学性能和稳定性。
本文将从锰酸锂尖晶石结构的构成、特点和应用等方面进行探讨。
锰酸锂尖晶石结构由八面体MnO6和四面体LiO4构成。
其中，四面体LiO4与八面体MnO6交替排列，形成了一种六方密堆积的结构。
锰酸锂尖晶石结构具有空间群Fd-3m，晶胞参数为a=b=c=8.23 Å。
锂离子在锰酸锂尖晶石结构中的嵌入和脱嵌是锂离子电池工作的基本原理。
在充放电过程中，锂离子从正极材料中脱嵌并通过电解质迁移到负极材料，同时伴随着电荷的传输和电化学反应。
锰酸锂尖晶石结构的稳定性和电导率直接影响锂离子电池的性能。
锰酸锂尖晶石结构的特点主要体现在以下几个方面：1. 结构稳定性：锰酸锂尖晶石结构具有较高的结构稳定性，能够在长时间循环使用过程中保持结构完整性和电化学性能稳定。
2. 高比容量：锰酸锂尖晶石结构具有较高的比容量，可嵌入的锂离子数目多，使得锰酸锂成为一种理想的正极材料。
锰酸锂尖晶石的理论比容量可达到148mAh/g。
3. 良好的电导率：锰酸锂尖晶石结构具有较高的电导率，为锂离子的快速迁移提供了良好的条件。
这种特性使得锰酸锂尖晶石成为一种优秀的正极材料。
4. 良好的循环性能：锰酸锂尖晶石结构具有较好的循环性能，能够在多次充放电循环后仍保持较高的容量和稳定性。
锰酸锂尖晶石结构的优异性能使其在锂离子电池等领域得到广泛应用。
锰酸锂作为一种主要的正极材料，被广泛应用于移动电子设备、电动汽车和储能系统等领域。
其高比容量和良好的循环性能使得锰酸锂能够满足日益增长的能源需求。
锰酸锂尖晶石结构也在其他领域展现出潜力。
例如，在催化剂领域，锰酸锂尖晶石材料可用于电化学分解水制氢等反应中，发挥其催化活性和稳定性。
锰酸锂尖晶石结构作为一种重要的正极材料，具有构造稳定、高比容量、良好的电导率和循环性能等特点。
尖晶石型氧化物光催化剂的合成及应用
88光催化能够有效实现环境污染物降解以及光解水制氢、还原CO 2并生成有机燃料，近几十年得到了国内外学者的广泛研究[1]。
尖晶石型氧化物的通式是AB 2O 4，A与B分别代表二价与三价的金属离子。
尖晶石型氧化物廉价、无毒，具有较高的化学稳定性和热稳定性，其化学组成和禁带宽度可以通过A位或B位离子掺杂调节，近年来在光催化领域得到了较多的关注与研究[2，3]。
1 尖晶石型氧化物的合成尖晶石型氧化物的合成方法按照原料及过程不同主要可以分为液相法和固相法两大类，具体方法有以下几种：1.1 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法液相法中常用的制备金属氧化物的技术，是将金属有机或无机化合物经过溶液、溶胶、凝胶等过程后再煅烧处理而得到所需氧化物的方法，具有组分均匀、组成可控、纯度较高等优点，但一般所得纳米粉体容易团聚。
马孝瑜等[4]以柠檬酸为络合剂利用溶胶-凝胶法合成了ZnFe 2O 4粉体，发现当pH=4时柠檬酸络合能力最强，因而该条件煅烧时产生的ZnO和Fe 2O 3等杂质最少。
1.2 共沉淀法共沉淀法是在含有2种或2种以上阳离子的溶液中加入适当的沉淀剂使阳离子形成沉淀物前驱体，再将前驱体煅烧而得到目标化合物的方法。
赵雅蕾[5]以硝酸铜和硝酸铁为原料，考察了溶胶-凝胶法、化学共沉淀法和水热法等方法合成的CuFe 2O 4对其光催化活性的影响，结果为：溶胶-凝胶法>化学共沉淀法>水热法。
1.3 固相反应法固相反应是在无液相条件下反应物通过质点迁移形成化合物的过程，常用的反应物一般为氧化物、氢氧化物或碳酸盐、草酸盐等。
由于需要较高的反应势垒，因此需要高温煅烧较长时间，所得材料粒径一般较大。
如许川等[6]以ZnO和Al（OH）3为原料，采用固相反应法合成了ZnAl 2O 4粉体，发现其最佳工艺条件为1400℃×3 h，所得ZnAl 2O 4平均粒径为15μm左右。
1.4 溶液燃烧法溶液燃烧法是以金属硝酸盐为氧化剂，尿素、氨基乙酸、蔗糖等为还原剂也是燃料，利用二者氧化还原反应放出大量热而生成化合物的方法，具有反应快速、无需复杂设备、成本低等优点[7]。
尖晶石型催化剂
尖晶石型催化剂尖晶石型催化剂是一种常见的催化剂类型，具有广泛的应用领域。
本文将介绍尖晶石型催化剂的定义、特点、合成方法以及在各个领域的应用。
尖晶石型催化剂是指晶体结构为尖晶石型的催化剂。
尖晶石结构是一种特殊的晶体结构，具有高度有序的排列方式。
尖晶石型催化剂的晶体结构由正八面体和八面体构成，具有较高的稳定性和活性。
这种结构使得尖晶石型催化剂具有较大的表面积和较好的催化性能。
尖晶石型催化剂具有以下特点：1. 高度活性：尖晶石型催化剂具有较大的表面积，可以提供更多的活性位点，增加反应物与催化剂之间的接触机会，从而提高催化活性。
2. 高度选择性：尖晶石型催化剂的晶体结构具有特殊的排列方式，可以调控反应物在催化剂表面的吸附和解离过程，从而实现对反应产物的选择性控制。
3. 高度稳定性：尖晶石型催化剂的晶体结构稳定，具有较好的抗氧化和抗腐蚀性能，能够在高温、高压等恶劣条件下保持良好的催化活性。
尖晶石型催化剂的合成方法多种多样，常见的方法包括溶剂热法、水热法、共沉淀法等。
其中，溶剂热法是最常用的合成方法之一。
该方法通过溶剂的选择和调控，使反应物在高温、高压的条件下进行晶体生长，最终得到尖晶石型催化剂。
尖晶石型催化剂在各个领域都有广泛的应用。
以下是几个典型的应用领域：1. 环境保护领域：尖晶石型催化剂在大气污染治理、废水处理等方面具有重要作用。
例如，尖晶石型催化剂可以用于汽车尾气中有害气体的净化，能够将废气中的一氧化碳、氮氧化物等有害物质转化为无害物质。
2. 能源领域：尖晶石型催化剂在能源转化和储存方面具有潜在应用。
例如，尖晶石型催化剂可以用于燃料电池中负极和正极的催化反应，提高燃料电池的效率和稳定性。
3. 化学工业领域：尖晶石型催化剂在化学合成和有机合成领域有广泛应用。
例如，尖晶石型催化剂可以用于有机物的氧化、还原、羰基化等反应，实现对有机物的高效转化。
4. 生物医药领域：尖晶石型催化剂在药物合成、生物催化等方面有重要应用。
尖晶石催化剂的催化机理
尖晶石催化剂的催化机理
尖晶石是一种具有特殊晶体结构的矿物，其晶格中的金属离子以特定的方式排列，形成了独特的催化活性中心。
尖晶石催化剂通常由过渡金属氧化物组成，如镍铁氧体、锰铁氧体等。
这些金属氧化物在催化过程中能够发挥出良好的催化活性，其催化机理主要包括以下几个方面：
首先，尖晶石催化剂具有高度的表面活性。
尖晶石晶格结构中的金属离子具有较高的表面能，使得催化剂具有良好的吸附能力和活性位点密度，有利于催化反应的进行。
其次，尖晶石催化剂具有良好的催化剂-底物相互作用能力。
尖晶石催化剂表面的金属离子能够与底物分子发生吸附和反应，形成中间体，从而促进催化反应的进行。
另外，尖晶石催化剂还具有良好的抗毒化能力。
在一些工业过程中，底物或反应条件可能会导致催化剂的中毒，而尖晶石催化剂由于其特殊的晶体结构和化学性质，能够有效地抵抗中毒现象，保持较长时间的催化活性。
总的来说，尖晶石催化剂的催化机理是一个复杂的过程，涉及到多种物理化学性质的相互作用。
深入了解尖晶石催化剂的催化机理，有助于优化催化剂的设计和性能，推动催化科学领域的发展，为工业生产和环境保护提供更加高效和可持续的解决方案。
尖晶石型Zn_2SnO_4光催化剂的制备与活性研究
光催 化降解实验 ， 讨论 光催 化剂用量 、 染料浓度 、 催化剂烧结 时间 、 液的 ｐ 值 、 试 Ｈ 光照时 间等与染料 脱色率 的关系 。
结果 表明 ， 该复合 氧化物粉体平 均粒 径小于 ３ ｍ， ０ｎ 属立方 晶系， 具有 良好的光催化活性 。 关键词 ： ｎＳ Ｏ 制备 ； Ｚ ２ｎ ； 光催化剂活性 ； 甲基橙 ； 茜素红
Ｚ ＮＧ Ｘｉ－ ｎ ， ＡＯ ｉ ， ＨＡＮＧ Ｈｅ ｇｑａ ｇ ， ＨＥ ｕｊ ＸＩ ＸＬ Ｚ ｕ ｅ ｎ —ｉ 。 ｎ
ＺＨＡＮＧ ｎ Ｙｏ ｇ ，Ｗ ＡＮＧ ｉｇｆｉ，Ｉ ｉｇ Ｊｎ —ｅ Ｊｎ Ｉ
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一种用于VOCs催化氧化的纳米花尖晶石CoMnO催化剂、制备方法以及应用
专利名称：一种用于VOCs催化氧化的纳米花尖晶石CoMnO 催化剂、制备方法以及应用
专利类型：发明专利
发明人：曲振平,董翠
申请号：CN201810255389.2
申请日：20180321
公开号：CN108295866A
公开日：
20180720
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明属于环境催化净化技术领域，提供一种用于VOCs催化氧化的纳米花尖晶石CoMnO 催化剂、制备方法及其应用。
草酸作为沉淀剂，洗涤、干燥、煅烧，得到尖晶石CoMnO催化剂。
本发明制备的CoMnO催化剂展现出纳米片自组装形成纳米花状结构。
相比氧化物CoO、MnO和混合相CoO/MnO以及目前文献中报道的尖晶石CoMnO催化剂，本发明制备出的尖晶石CoMnO催化剂在VOCs去除中表现出较好的活性和稳定性，在220℃可以达到99％甲苯去除率，在90℃实现甲醛的100％转化，同时在170℃可对丙酮的去除率可以达到100％，具有较好的工业应用前景。
申请人：大连理工大学
地址：116024 辽宁省大连市甘井子区凌工路2号
国籍：CN
代理机构：大连理工大学专利中心
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尖晶石氧化物催化剂的合成与性能评价
尖晶石氧化物催化剂的合成与性能评价近年来，随着环境污染问题的日益突出，对于高效催化剂的需求越来越迫切。
尖晶石氧化物催化剂由于其良好的催化性能和化学稳定性，成为了研究的热点。
本文将探讨尖晶石氧化物催化剂的合成方法和性能评价。
尖晶石氧化物催化剂的合成方法多种多样，常见的包括溶胶-凝胶法、水热法、共沉淀法等。
其中，溶胶-凝胶法是最为常用的一种方法。
通过控制溶胶的浓度、pH值和温度等参数，可以制备出具有优异性能的尖晶石氧化物催化剂。
此外，水热法和共沉淀法也有其独特的优势。
水热法通过调节反应时间和温度，在高压下合成出晶型良好的尖晶石氧化物催化剂。
而共沉淀法则通过控制反应物浓度和pH值，在低温下制备出纳米尺度的尖晶石氧化物催化剂。
在催化性能评价中，活性是最关键的指标。
尖晶石氧化物催化剂的催化活性主要受到晶体结构、晶格缺陷和表面活性位点等因素的影响。
晶体结构的尺寸和形貌对于催化活性具有重要影响。
较小的晶体尺寸和高度平展的晶面有助于提高活性位点的暴露度，从而提高催化活性。
此外，晶格缺陷也可以增加催化活性。
晶格缺陷可以提供更多的表面活性位点，增强反应物的吸附能力，从而提高催化活性。
除了活性，选择性也是评价尖晶石氧化物催化剂性能的重要指标之一。
选择性是指在多种可能反应路径中选择出期望的产物生成，而抑制不期望的副产物生成。
尖晶石氧化物催化剂的选择性主要受到晶型、晶面和晶格缺陷等因素的影响。
通过控制晶体结构和晶格缺陷，可以实现对催化剂选择性的调控。
此外，尖晶石氧化物催化剂的稳定性也是一个关键问题。
催化剂在反应过程中可能会发生物理和化学变化，导致催化活性的衰减。
因此，评价催化剂稳定性需要考虑多个因素，包括温度、压力和反应物浓度等。
长时间的反应条件下的稳定性测试可以揭示催化剂的稳定性，并为实际应用提供参考。
除了上述评价方法，一些表征手段也常被用于评估尖晶石氧化物催化剂的性能。
例如，扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）可以用于研究催化剂的形貌和晶体结构。
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***********学院尖晶石型催化剂的结构、制备与应用学号：专业：学生姓名：任课教师：2013年12月尖晶石型催化剂的结构、制备与应用**************学院摘要：尖晶石类催化剂近些年来发展迅速，作为环境保护末端治理方面的新秀，有很多值得大家去深入探究的地方。
尖晶石型催化剂在高级氧化中有着较为广泛的应用，尖晶石型催化剂在臭氧体系或者过硫酸盐体系中与臭氧或者过硫酸盐发生协同作用，提高体系的氧化性，对绝大部分有机物进行去除降解，得到良好的效果。
尖晶石结构类似于钙钛矿，但仍有较大区别，本文对尖晶石结构进行了介绍，并给出了几种比较常用的尖晶石制法。
关键词：尖晶石；高级氧化；催化；结构；制备1、尖晶石的结构人们对多元复合氧化物材料的结构和组成的设计和制备的研究，不断发现了复合金属氧化物材料具有磁性、气敏性、电导性和催化活性等特性，并将他们广泛应用在能源、信息、冶金、电子、化工、生物和医学等领域复合金属氧化物的种类繁多，主要有尖晶石型、钙钛矿型、白钨矿和铜铁矿等类型，由于组成和结构的变化引起材料的多功能性，使得尖晶石型和钙钛矿型复合金属氧化物成为最常见和应用最广的光催化材料，在本文中，主要讨论尖晶石结构复合型金属氧化物[1]。
尖晶石的化学分子式可以用XY2O4表示，以天然矿石MgAl2O4尖晶石为例，其晶体结构属于立方晶系，每个单胞中包含56个离子，其中包括2价金属离子8个，3价金属离子16个，32个氧离子，其中的Mg2+和A13+离子可以被其它的二价(Ni2+、Co2+、Cu2+、Zn2+、Mn2+等)或者三价(Fe3+、Co3+、Ga3+等)离子替代，图1.1为尖晶石结构复合金属氧化物的晶体结构示意图，在尖晶石的晶胞中，氧离子间隙之中镶嵌了金属离子，其中四个氧离子包围了间隙较小的四面体座，这四个氧离子的中心联线构成四面体；而六个氧离子包围了间隙较大的八面体座，这六个氧离子的中心联线构成八面体(图1.1)，尖晶石结构的单位晶胞含有8个分子，其中包含32个八面体座和64个四面体座，金属离子分别占据其中的8个四面体座(A位)和16个八面体座(B位)，占据A位置的亚晶胞按四面体排列，占据B位置的亚晶胞按互补的四面体排列[2]。
图1.1尖晶石复合金属氧化物的晶体结构根据晶体场理论，生成的尖晶石究竟是正尖晶石型还是反尖晶石型，取决于A、B离子的八面体择位能的大小，如果A离子的八面体择位能小于B离子的八面体择位能，则形成正尖晶石，相反则为反尖晶石结构"有研究表明，尖晶石族矿物的元素性质和能量最低原理是形成不同结构类型尖晶石的主要原因[3]。
2、尖晶石催化剂的制备2.1 溶胶凝胶法溶胶-凝胶法可以分为传统胶体型溶胶-凝胶法、无机聚合物型溶胶-凝胶法和络合物型溶胶-凝胶法，传统胶体型溶胶-凝胶法是指对溶液中金属离子的沉淀过程加以控制，先得到均匀且稳定的溶胶，再使得溶剂经蒸发后得到相应的凝胶；无机聚合物型溶胶-凝胶法是指水中或有机相中的可溶性聚合物在经过了溶胶-凝胶的过程而使金属离子可以均匀稳定地分散到凝胶中，络合物型溶胶-凝胶法是指利用络合剂形成络合物，由溶胶-凝胶过程再形成络合物凝胶的一种方法，在这三种制备纳米颗粒的溶胶-凝胶法中，控制溶胶和凝胶的生成是很重要的，在液相中，反应物要充分混合均匀，生成的溶胶体系一定要稳定，且不能出现沉淀物，溶胶-凝胶过程的影响因素纷繁复杂，如溶液的浓度、pH值、反应温度和时间等都会对溶胶-凝胶生成过程产生一定的影响，溶胶-凝胶法的优点是：制备的纳米颗粒粒径小、纯度高、均匀且稳定，制备时所需的温度较低，缺点是：烧结性差以及干燥收缩性大等。
2.2水热与溶剂热法水热与溶剂热法是指利用溶液中的物质化学反应制备纳米材料的方法，而且反应是在一定的温度(10-1000℃)和压强(1-100MPa)条件下进行的[4]，水热与溶剂热法是将氢氧化物溶入水中，析出其氧化物的过程，而这些氢氧化物也许是反应前加入的，也可能是在高温，高压条件下的化学反应中产生的，水热法与溶剂热法的特点：固相反应或者难于进行的反应可以在水热条件下进行；水热法可在低温、等压条件下进行，有利于晶体生长，可调控晶体的粒度而且合成产物结晶度高：有利于低价态与特殊价态化合物的生成而且可做到均匀掺杂，因而可以合成一些特种介稳结构和凝聚态的新产物。
2.3 沉淀法沉淀法是指将适当量的沉淀剂加到配好的溶液中，合成出了具有超细颗粒的前驱体沉淀物，然后将前驱体沉淀物过滤，洗涤并且干燥而得到纳米颗粒的方法。
沉淀法包括直接沉淀法、均相沉淀法、共沉淀法及醇盐水解法，使用沉淀法制备纳米尖晶石时，微粒的粒度往往受到沉淀剂过滤和洗涤的影响，而且溶液的浓度、pH值以及水解速度等也可以影响产物的纯度和颗粒的均匀度。
在液相法中最常用的方法之一是化学共沉淀法，化学共沉淀法是指多种可溶性阳离子的盐溶液和含有阴离子的沉淀剂相混合生成不溶性化合物，如氢氧化物、草酸盐和硫酸盐等沉淀物，然后将沉淀物进行洗涤、热分解最后进行锻烧而得到氧化物的粉末。
由于化学共沉淀法制备的产物纯度高而且粒度均匀，因此成为了常用的合成复合金属氧化物的方法。
2.4 微乳液法微乳液法是指通过微型反应器(乳化液的分散相)中发生的反应物经过化学沉淀制备合成纳米颗粒的过程，水和其它的化学物质可以在微反应器中增溶，晶体生长、成核以及团聚等过程也都是在微反应器中完成的，表面活性剂、油和水组成了微乳液，微乳液组成和结构影响了颗粒的大小、形态以及化学组成。
使用该法制备纳米材料的优点是：纳米级颗粒尺寸可以调控；因表面活性剂的存在而使颗粒的表面不易聚结。
缺点是制备的产物产量较低。
2.5 化学气相沉积法化学气相沉积方法是近年来国际上发展和应用较广的一门先进技术，尤其在电子、半导体、机械、仪表、宇航等领域的应用发展极其迅速，化学气相沉积就是利用化学反应的原理，从气相物质中析出固相物质沉积于工作表面形成镀层薄膜，用来产生纯度高、性能好的固态材料的化学技术，使用CVD技术来沉积不同形式的材料，如硒、碳纤维、碳纳米纤维、纳米线、纳米碳管、钨、氮化硒、氮氧化硒等。
但是，在一般情况下使用化学气相沉积方法并不能保证生成的全是纳米颗粒。
2.6 超临界法超临界法是指以有机溶剂等代替水作溶剂，在热反应器中，于超临界条件下制备纳米陶瓷的一种方法。
由于没有液相的存在，在反应过程中，非常有助于微小晶粒的均匀性分散，促进晶化。
与水热法相比较，超临界法更为优越，需科研工作者展开进一步的研究。
姚志强等成功运用此法制备出Mn-Zn铁氧体纳米晶，其晶粒的尺寸低至10-20nm。
与共沉淀法和水热法制备的样品对比发现，超临界法所制备的产品具有更小比表面积、更小的颗粒粒度。
2.7 喷雾焙烧法焙烧法最初广泛用于生产Fe2O3原料，后由日本TDK公司应用于制备软磁铁氧体粉料。
1986年日本用此法制得了Mn-Zn功率铁氧体H7C4材料。
1988年又透露用这种方法制得了新的高频Mn-Zn铁氧体H7C6，TDK认为此工艺有如下优点：(1)均匀性好；(2)无需预烧；(3)晶粒尺寸均匀。
用这种方法制出的粉料，晶粒尺寸小(0.4-1.0µm)。
粒径分布窄，均匀性好，纯度高，同时不需预烧和粉碎加工，因此工艺比共沉淀法简单。
3、尖晶石催化剂的应用3.1 光催化应用尖晶石型复合金属氧化物的种类较多，且组分具有可调性，因此有望筛选出高效稳定的光催化剂，但是目前对尖晶石型化合物的紫外光催化活性优于TiO2材料的报道却较少，国外的Wang D F。
等人[5]发现BaCr2O4在紫外光和可见光的照射下，均有显著的光催化活性，同时作者也发现，在紫外光或可见光照射下，氢气和氧气同时产生，而在波长大于540nm的可见光照射下，仅有氢气产生，且氢气产率达到最大值，国内的袁志好等人[6]研究了铁酸铝-二氧化钛纳米复合材料的光催化活性，并与单一二氧化钛的光催化性能进行了比较，实验结果表明：无论是在紫外光还是太阳光的激发下，铁酸铝-二氧化钛纳米复合材料的光催化活性均优于同样条件下所制备的单一二氧化钛纳米材料，理想的铁酸铝掺杂浓度分别是1.0%(紫外光)和9.0%(太阳光)。
尖晶石结构复合金属氧化物作为可见光响应型催化剂，具有结构稳定，组成多样，带隙窄等优点，可以在保持原构型不变的情况下，离子电价不仅可以大幅度变化，而且还可以通过阳离子置换或替代，形成连续固溶体，使得固态化学信息更加丰富，有利于构筑多层复合氧化物，提高材料的可见光吸收效率，是探索可见光吸收范围大，量子转换效率高的新型光催化剂的理想材料。
3.2 非均相催化体系非均相催化臭氧氧化实例有很多，英国的Colin Cooper等[7]研究了采用Fe2O3/Al2O3和TiO2/Al2O3(即将Fe2O3和TiO2负载到Al2O3上)催化臭氧化法处理乙二酸、氯乙醇和氯苯酚，结果表明：催化臭氧氧化比单独臭氧氧化的去除效率更高。
在规定的反应时间内，单独臭氧时，乙二酸的降解率为15%，而用Fe2O3/Al2O3和TiO2/Al2O3催化臭氧氧化法时，乙二酸的降解率则分别达到88%和87%；针对氯乙醇和氯苯酚也是同样的趋势，即催化臭氧氧化比单独臭氧氧化具有更高的降解效果。
本课题组研究掺杂型尖晶石催化剂对环境激素类污染物的去除，取得了很好的效果，掺杂型尖晶石是在传统尖晶石的基础上对X或Y进行取代性掺杂，进而表现出尖晶石特有的性质以及掺杂元素之后的特殊性质，掺杂之后的尖晶石从材料的角度看，晶胞参数和晶粒度都会产生变化，从化学角度讲，本课题中的掺杂型尖晶石的催化性能就比不掺杂的尖晶石催化性能高。
参考文献[1] 马如璋,蒋民华,徐祖雄主编.功能材料学概论.北京:冶金工业出版社,1999[2] Blanford C F , Yan H , Sehroden R C , etal .Gems of chemistry and Physics : maeroporous metal oxides with3D order [J] . Advanced Materials , 2001 , 13:401 - 407 .[3] 龚荣洲,岑况.尖晶石族矿物结构中的阳离子分布[J].武汉工业大学学报,1999,21(6):1-2[4] 徐如人,庞文琴.无机合成与制备化学7M].北京:高等教育出版社,2001,128一135[5] Wang D F,Zou Z G.A new spinel type photo catalyst BaCr2O4for H2 evolution under UV and visible lightirradiation [J] . Chemistry Physical Letters , 2003,373:191一196.[6] 袁志好,王玉红,孙永昌,等人.太阳光活性的铁酸铝一二氧化钦纳米复合光催化剂.中国科学[B〕化学,2005,35(6):471一477.[7] 简丽, 张彭义, 毕海. 水中天然有机物的臭氧强化光催化降解研究. 环境科学学报. 2005(12):1630-1635P.。