[发明专利]层状介孔水钠锰矿型MnO2蜂窝状纳米球的用途

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料制备技术领域，特别涉及将层状介孔水钠锰矿型MnO₂蜂窝状纳米球作为高效的低温条件下完全催化氧化甲醛的催化剂。

背景技术

Birnessite(以下简写Bir)型锰氧化物(亦称水钠锰矿，Na₄Mn₁₄O₂₇·9H₂O)，在自然界中广泛存在于土壤及沉积物中，是一类二维层状锰氧化物，层间距约0.7nm(Y Ma，J Luo，S L Suib，Chem.Mater.1999，11：1972；Q Feng，HKanoh，K Ooi，J.Mater.Chem.  1999，9：319；Z H Liu，K Ooi，H Kanoh，et al.Langmuir，2000，16：4154.)。其片层由锰氧八面体MnO₆共边构成，层间由水分子、金属离子占据填充。层结构上每隔6个锰氧八面体MnO₆就有一个空位，使得整个八面体层带负电荷，嵌入层间的阳离子通过静电作用保持层状结构的稳定。由于Bir型锰氧化物具有的特殊层状结构，在很多领域有着重要的应用，如做为分子筛、离子交换器、高效催化剂、磁性材料、二次电池电极材料、电化学、选择性吸附剂、纳米复合材料和硫化处理剂等。因此，相关研究引起了众多科学工作者的关注。

Bir型锰氧化物常见的合成方法有水热法、溶胶-凝胶法、回流法和高温固相化学反应法等。水热法一般在100～300摄氏度间温和条件下完成反应。该方法将无机锰盐溶解于水中，加入一定量的碱或酸，配成一定浓度的混合溶液，经搅拌后，转移到高压釜中，控制一定的水热反应温度和时间。例如Xu等(Y H Xu，Q Feng，K Kajiyoshi，et al.Chem.Mater.2002，14：697.)采用水热法合成了多种层状Bir氧化物。相对于其它方法，可获得纯度高的Bir氧化物。难度在于控制反应压力，对反应物原料配比和纯度也有一定的要求。溶胶-凝胶法合成Bir氧化物基本过程可参见图5。

该方法原理简单，但受溶剂、pH、加水量、陈化时间和煅烧温度等影响，因而对合成反应条件要求较高。高温固相反应制备层状Na_xMnO₂，经离子交换得到产物Li_xMnO₂。利用Li_xMnO₂制备的层状二次锂离子电池，与普通锂锰电池相比，具有比容量高、循环性能较好等优点，而且层状结构比其它任何结构具有更大的可逆的锂嵌入能力，这些良好的电化学性质引起了人们很大的兴趣(H Kanoh，W P Tang，Y Makita et al.Langmuir，1997，13：6845.)。同时由于较高的比表面积和催化性能，科学工作者已经利用二氧化锰作为催化剂对甲醛等室内气体的催化氧化降解进行了一系列的研究(X F Tang，X MHuang，JJ Shao，et a1.Chin.J.Catal.2006，27：97；M CB Pawelec，V A de laO′Shea，et al.Appl.Catal.B：Environ.2004，51：83.)。但研究结果显示在低于50摄氏度的条件下，他们制备的催化剂完全没有活性。迄今为止，还未发现在室温中性条件下通过氧化还原制备得到形貌可控的Bir型锰氧化物。本发明是对本发明人于先前专利申请号为200610113421.0的技术方案的进一步开发与应用，其在上述发明中的技术方案并入本发明中。

发明内容

本发明的目的之一是提供能够高效的低温条件下完全催化氧化甲醛的催化剂。

本发明的目的之二是提供一种纯度高，且结构稳定性好的能够作为高效的低温条件下完全催化氧化甲醛的层状介孔水钠锰矿型MnO₂蜂窝状纳米球催化剂。

本发明的目的之三是提供一种纯度高，且结构稳定性好的能够作为高效的低温条件下完全催化氧化甲醛的层状介孔水钠锰矿型MnO₂蜂窝状空心纳米球催化剂。

本发明的目的之四是提供一种全新的层状介孔水钠锰矿型MnO₂蜂窝状纳米球和空心纳米球的制备方法，该制备方法工艺简单、成本低。

本发明的层状介孔水钠锰矿型MnO₂蜂窝状纳米球能够作为在低温条件下完全催化氧化甲醛的催化剂。

所述的低温的温度是20～85摄氏度。