[发明专利]一种制备CeO2/K1.33Mn8O16复合结构纳米线以及CeO2纳米管结构的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种以固态前驱物K_1.33Mn₈O₁₆纳米线水热可控选择性制备CeO₂/K_1.33Mn₈O₁₆复合结构纳米线以及CeO₂纳米管结构的方法，属于功能材料领域，该方法证实了稀土金属氧化物CeO₂负载于K_1.33Mn₈O₁₆纳米线表面以及K_1.33Mn₈O₁₆纳米线模板制备稀土金属氧化物CeO₂纳米管结构的可操作性，所获得的CeO₂纳米管除具备吸附有机染料刚果红的性能以外，也展现出了光还原六价铬(Cr(VI))离子的优秀能力。

技术背景

当前，寻找价格低廉、容易合成的微尺度材料应用于污水处理尤为迫切。锰元素在地球上储量丰富、易于获得，因此锰基氧化物成为污水处理材料的研究热点。CeO₂是典型的光催化剂，但是CeO₂纳米晶由于是一种非平衡态的材料，表面能较高，易于团聚，极大降低光催化活性。研究表明，这两类氧化物均能够通过物理、化学或两者结合的作用方式实现污水中有机、无机污染物的高效吸附或光降解移除。因此，通过合成空心结构进一步提高材料的比表面积，或合成复合一维材料构建活性界面，使CeO₂负载于纳米线上，避免CeO₂纳米晶的团聚，对于增强其对有机染料的移除能力至关重要。

本发明中，通过控制反应条件，能够可控合成CeO₂/K_1.33Mn₈O₁₆复合结构纳米线以及CeO₂纳米管结构。其中合成CeO₂纳米管结构过程中发现表面活性剂分子在K_1.33Mn₈O₁₆纳米线表面的吸附能够与CeO₂纳米晶粒在K_1.33Mn₈O₁₆纳米线表面的异相成核结晶形成一种竞争的关系，通过调节表面活性剂十二烷基苯磺酸钠的浓度，可以调节CeO₂纳米晶在K_1.33Mn₈O₁₆纳米线表面的结晶动力学，进而调节K_1.33Mn₈O₁₆纳米线硬模板的溶解速率和CeO₂纳米晶在K_1.33Mn₈O₁₆纳米线表面的异相成核生长速率，使二者达到一种动力学平衡，从而获得了一种依据有机大分子并利用纳米线硬模板制备纳米管的新机制。

发明内容

本发明的目的是提供CeO₂/K_1.33Mn₈O₁₆复合结构纳米线以及CeO₂纳米管结构的制备方法，利于批量制备在水处理领域和催化领域具有广泛应用前景的CeO₂纳米材料以及锰基氧化物或二者的复合结构，可大大降低成本，提高效率，实际意义重大，利用获得的CeO₂纳米管结构吸附移除200mg/L的刚果红染料和紫外光还原100mg/L重铬酸钾(含有六价的Cr)测试表明，其具有良好的污水处理性能。

本发明需要解决的是通过简便的反应参数控制而选择性可控合成CeO₂/K_1.33Mn₈O₁₆复合结构纳米线及CeO₂纳米管空心结构，从而提高反应效率，降低成本，以便大批量合成。

可控合成CeO₂/K_1.33Mn₈O₁₆复合结构纳米线的方法，其特征在于，包括以下步骤：