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二氧化锰(MnO2)基材料价格低廉且物理化学性质特殊,已被广泛应用于催化、离子交换、电化学和磁学性能等领域。尽管可以通过不同的方法来合成许多晶型、形貌不同的MnO2纳米材料,但如何在同一体系中实现可控制备MnO2及如何对其进行调变实现高活性仍是个挑战。本论文从 MnO2独特的物理化学性能出发,以提高催化活性为目标,通过简单的酸、碱调控,实现对 MnO2基材料微结构的调控,修饰改性以及核壳异质组装。主要创新点与研究内容如下: 1.通过水热法,以Mn(NO3)2为锰源,(NH4)2S2O8为氧化剂,在不添加表面活性剂的情况下,单一控制H2SO4的用量合成得两种形貌相似而晶型不同的α-MnO2海胆和γ-MnO2海胆,酸对于 MnO2晶型的调变起着重要的作用。通过液相合成法,常温下以MnCO3为锰源,(NH4)2S2O8为氧化剂,在酸性体系下,即可一步合成出松树状的α-MnO2@α-MnO2。在碱性体系下,通过前驱体转化,合成出不常见的片状β-MnO2。增加碱浓度,又合成出常见的片状δ-MnO2。我们以上述 Mn(NO3)2为锰源,调控酸量得到的α-MnO2和γ-MnO2的这两种晶型为研究对象,考察了α-,γ-MnO2在碱性介质中氧还原反应(ORR)的电催化性能,发现α-MnO2的氧还原活性明显高于γ-MnO2。在同一体系下得出的结论进一步证实了晶型能够影响ORR性能。 2.通过回流法,以MnSO4,KMnO4,HNO3为原料合成氧化锰八面体分子筛(OMS-2)催化剂。使用酸(CH3COOH)和碱(KOH)去修饰调变OMS-2的微观结构、K+含量、酸性、还原性能及氧空位。研究发现经过酸处理OMS-2后,其对二甲醚(T10=170℃,T90=230℃, Ea=64.7 KJ mol-1)和甲苯(T10=170℃,T90=194℃, Ea=62.4 KJ mol-1)显示了良好的催化燃烧性能,然而碱处理 OMS-2后,其催化氧化的活性降低而热稳定性增强。酸处理OMS-2显示了良好的催化性能,这归于其丰富的表面氧,氧物种活泼,还原温度低及强的酸位。 3.通过常温化学沉积法,以α-MnO2纳米线为基底,分别在酸性和碱性条件下,合成了两种异质核壳结构的材料,薰衣草状的α-MnO2@α-MnO2和苦瓜状的α-MnO2@γ-MnO2。异质结构因为其特有的结构,在催化和电化学领域具有潜在的应用。以二甲醚燃烧为探针反应,探究核壳异质结构的催化燃烧活性。研究发现核壳结构极大的提高了基底α-MnO2纳米线的催化性能,且α-MnO2@γ-MnO2比α-MnO2@α-MnO2性能更加优越(T10=171 vs196℃;T90=220 vs258℃, SV=30,000 mL·g-1·h-1),这与其拥有大比表面积,还原温度低,氧物种活泼,丰富的表面氧物种密切相关。