不同长度α-MnO2纳米线的可控合成及其催化燃烧性能的研究

doi: 10.12052/gdutxb.180054

不同长度α-MnO2纳米线的可控合成

及其催化燃烧性能的研究

廖秀红，蒋勇，简国坤，程高，孙明

（广东工业大学　轻工化工学院，广东　广州 510006）

摘要: 以高锰酸钾为锰源和氧化剂, 通过控制乙酸的用量在水热条件可控合成出具有不同长度的α-MnO2纳米线, 采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SME)、透射电镜(TEM)、拉曼光谱(Raman)、程序升温还原(H2-TPR)等技术对制备的材料的结构以及氧化还原能力进行了表征, 并考察了α-MnO2纳米线长度对二甲醚催化燃烧性能的影响. 结果表明, α-MnO2纳米线的长度受乙酸含量/酸度的影响, 随着乙酸含量增加而减小. 纳米线长度还影响α-MnO2的氧化还原性能和二甲醚催化燃烧性能. 其中采用1.4 ml乙酸制得的具有中等长度(4~8 μm)的α-MnO2纳米线, 催化性能最好, 其起燃温度为167 ℃, 完全燃烧温度为240 ℃, 20 h的短期寿命测试表明, 该样品具有较好的稳定性.

关键词: MnO2纳米线；可控合成；催化燃烧

中图分类号: O614.7 文献标志码: A 文章编号: 1007–7162(2018)05–0075–05

Controllable Synthesis of α-MnO2 Nanowire with Different Length

and Its Catalytic Combustion Activity

Liao Xiu-hong, Jiang Yong, Jian Guo-kun, Cheng Gao, Sun Ming

(School of Chemical Engineering and Light Industry, Guangdong University of Technology, Guangzhou 510006, China) Abstract: Using KMnO4 as the source of Mn and the oxidant, the α-MnO2 nanowires with different length were synthesized by controlling the amount of CH3COOH under hydrothermal conditions. The structure and redox properties of the α-MnO2 were characterized by X-ray powder diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), Raman and hydrogen temperature-programmed reduction (H2-TPR) techniques. The catalytic activity of the α-MnO2 in dimethyl ether (DME) combustion was also investigated.

The results indicated that the length of α-MnO2 nanowire was determined by the amount of CH3COOH, and the length shortened with the rise of the CH3COOH concentration. The length of the α-MnO2 nanowire affected its redox property and catalytic combustion activity. The α-MnO2 nanowire with the moderate length of 4-8 μm synthesized using 1.4 ml of CH3COOH showed the best catalytic activity with the initial conversion temperature of 167 ℃ and the total conversion temperature of 240 ℃ for DME combustion. The time-on-stream 20 h-test shows that the prepared α-MnO2 nanowire has relatively good stability.

Key words: manganese dioxide nanowire; controllable synthesis; catalytic combustion

二氧化锰具有价格低廉和环境友好的特性，是一种重要的功能材料，被广泛用于催化氧化反应的催化剂(例如部分氧化，选择性氧化，催化燃烧等)，重金属的吸附材料、超级电容器的电极材料、金属空气电池的电极催化剂等[1-3]. 二氧化锰具有丰富的晶型，如α-MnO2，β-MnO2，γ-MnO2，δ-MnO2等[4]. 上述不同晶型的二氧化锰的基本构筑单元都是[MnO6]，因此可以通过控制[MnO6]的链接方式得到不同晶型的二氧化锰. 一般而言，较之其他晶型的二氧化锰，α-MnO2具有合适的孔道结构，丰富的氧物种，往往表

第 35 卷第 5 期广东工业大学学报Vol. 35 No. 5 2018 年 9 月Journal of Guangdong University of Technology September 2018

收稿日期：2018-03-19

基金项目：广东省教育厅特色创新项目(2015KTSCX027)；广东省自然科学基金资助项目（2018A030310563）

作者简介：廖秀红(1991–)，女，硕士研究生，主要研究方向为过渡金属氧化物的控制合成及性能.

通信作者：孙明(1978–)，男，副教授，博士，主要研究方向为纳米材料及其应用. E-mail：sunmgz@