[發明專利]一種超薄二氧化錳納米片及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201810175579.3
• 申請日: 2018-03-02
• 公開（公告）號: CN108557893B
• 公開（公告）日: 2019-10-25
• 發明（設計）人: 王金龍;聶青;鄒楠
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: C01G45/02
• 分類號: C01G45/02;B01J23/34;B01J35/10;C01B3/32
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 崔友明

本發明涉及一種超薄二氧化錳納米片及其制備方法和應用，其形貌為花瓣狀，尺寸亞微米級，厚度為0.1?1nm，比表面積為81.4㎡/g，單斜晶胞的晶格參數是c＝7.34，β＝103.3°。本發明的優點主要體現在：本方法合成的超薄錳氧化物，制備工藝簡單，生產成本低，易于大規模生產。超薄錳氧化物結構更薄，比表面積更大、表面活性更強，在降解污染物方面也有更好的效果。所發明的超薄錳氧化物可以在室溫下快速以甲醛和水為原料，產生氫氣。

技術領域

本發明屬于化學催化分解技術領域，特別涉及一種超薄二氧化錳納米片及其制備方法和應用。

背景技術

人類對能源的利用可追溯到遠古時代，能源構成了人類文明的物質基礎，是人類各種經濟活動的原動力，也是衡量人類社會經濟發展水平的重要標志。然而長期以來，工業文明的發展都是以化石燃料的不斷消耗為代價的，由此產生的資源短缺，環境污染，溫室效應等問題也逐漸浮出水面，使得人們不得不關注這些問題。所以，尋找新型的綠色可再生資源替代現有的化石燃料尤為重要。目前研究比較廣泛的綠色清潔能源有太陽能、風能、水能、氫能等，其中前三種能源由于能量密度低、不利于儲存或受地理條件限制利用成本較高等缺點，嚴重制約了其在實際生活中的廣泛應用。而氫能由于儲量豐富、發熱值高、便于儲存運輸、利用形式多樣、環境友好、無毒無污染等許多優點，已經得到了人們的廣泛關注。早在十八世紀八十年代，就有報道稱在含有高濃度堿的水溶液中甲醛可以在室溫條件下定量產生氫氣，但是產氫的速率非常緩慢。這提供了一種利用水分子間接產氫的新方法，并且與電解水制氧相比，大大的節省了能耗，可直接在室溫條件下從水中制取氫氣。與此同時，與其他昂貴的產氫材料如硼氫化鈉或水合胼相比，甲醛由于原料價格低廉以及產氫產量很高，可認為是更優異的產氫材料。但在沒有催化劑的條件下，甲醛的產氫效率極低，基本沒有實用價值。因此發明一種制備工藝簡單、成本低的催化劑，對于甲醛在堿性水溶液中產氫具有重要的實用價值。

發明內容

本發明將二氧化錳用作催化劑，提供一種超薄二氧化錳納米片的制備方法及其催化甲醛產氫性能研究，要解決的問題是如何將現有的二氧化錳納米片變成超薄納米片，使獲得的超薄二氧化錳在催化甲醛產氫效果中更好。能夠在室溫下持續、快速地降解甲醛產生氫氣，且該制備方法簡單、成本低、不引入其他污染物。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案是：一種超薄二氧化錳納米片，其形貌為花瓣狀，尺寸亞微米級，厚度為0.1-1nm，比表面積為81.4㎡/g，單斜晶胞的晶格參數是c＝7.34，β＝103.3°。

一種超薄二氧化錳納米片的制備方法，包括以下步驟：

(1)將高錳酸鉀和硫酸錳溶解在水中，充分攪勻后進行水熱反應，烘干后再進行煅燒得到多層結構的具有5-6nm的二氧化錳樣品；

(2)將陽離子表面活性劑和步驟(1)所得樣品溶解在水中，充分攪勻；

(3)將步驟(2)所得的溶液進行水熱反應；

(4)取出樣品進行干燥，獲得超薄二氧化錳納米片成品。

按上述方案，所述的陽離子表面活性劑為十二烷基三甲基溴化銨、十六烷基三甲基溴化銨、十六烷基三甲基氯化銨中的一種或任意比例的混合物。

按上述方案，所述的陽離子表面活性劑的濃度為1～20g/L。

按上述方案，所述的二氧化錳和陽離子表面活性劑的質量之比為1:0.25～1:5。

按上述方案，步驟(3)所述的混合溶液的水熱溫度為50～150℃，時間是0.5～48小時；所述的干燥溫度為室溫～100℃。

所述的超薄二氧化錳納米片的應用，其在甲醛產氫反應中作為催化劑的應用。