[发明专利]一种K掺杂α-MnO2

说明书

本发明公开了一种K掺杂α‑MnO₂/Mn₃O₄高效光热催化剂及其制备方法与应用。制备方法包括以下步骤：（1）微乳法合成碳酸锰；（2）制备前驱体；（3）将所述前驱体在真空条件煅烧，得K掺杂α‑MnO₂/Mn₃O₄催化剂。本发明工艺简单，成本较低，所得产物形貌均一，可重复性较好。本发明构筑的异质结产生较高的氧活性物种促进光催化，同时具备较高的光致热催化性能，光热协同催化表现优异的催化活性。当甲苯初始溶度300ppm，质量空速90000 mL g^‑1h^‑1，光照致温度达130℃时，利用本发明的催化剂对甲苯的去除率达到90%以上，明显优于热催化活性，并具备良好的催化稳定性，与传统贵金属负载型催化剂相比，也具有一定优势。

技术领域

本发明属于催化剂技术领域，具体涉及一种用于环境空气中挥发性有机污染物净化的K掺杂α-MnO₂/Mn₃O₄高效光热催化剂的制备方法。

背景技术

挥发性有机物(VOCs)是大气化学过程中的关键前体物，主要来源于工业和运输行业，由于会带来对人体具有危害的臭氧和二次粒子而受到广泛关注。目前，热催化氧化已经商业化用于减少各种工业过程中的VOCs。然而，高操作温度导致高能量消耗和催化剂耐久性降低，这极大地限制了其广泛的应用。寻找降低能量消耗和提高VOCs催化效率的方法是非常期望但具有挑战性的。光热协同催化一方面可以利用催化剂的光催化性能，产生光生电子和空穴，形成具有高催化活性的活性氧物种，另一方面又可以使催化剂充分利用吸收的光能转化为热能实现热催化性能。

锰氧化物作为常见过渡金属氧化物，被认为是环境友好型材料，因其来源广泛且价格低廉而受到广泛关注。同时，锰基催化剂通常具有较多的结构，锰价态的多样性也使其在电池、催化和超级电容器等方面具有广泛的应用前景。α-MnO₂和Mn₃O₄构筑异质结可以有效分离光生电子和空穴，阻止复合，促进光催化性能。而两种锰氧化物都具有较窄的能带间隙，可以吸收更宽波段的光，更好地转化为热能，促进热催化。锰氧化物的光热协同催化降解VOCs具有极大的潜力。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种K掺杂α-MnO₂/Mn₃O₄高效光热催化剂的制备方法。本发明所述的催化剂由过渡金属氧化物组成，具有不含贵金属，催化活性高等优点。工艺简单，成本较低，所得产物形貌均一，且可重复性较好。

本发明是通过以下技术方案实现的。

本发明提供了一种K掺杂α-MnO₂/Mn₃O₄高效光热催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)微乳法合成碳酸锰：

碳酸氢铵溶于水得碳酸氢铵溶液，将碳酸氢铵溶液与环己烷、正丁醇混合，得混合溶液，向混合溶液中加入十六烷基三甲基溴化铵持续搅拌至混合溶液透明，得透明溶液，向所述透明溶液中滴加可溶性锰盐溶液，透明溶液逐渐变成乳白色溶液，乳白色溶液经离心取沉淀，沉淀干燥后得到碳酸锰；

(2)制备前驱体：

将碳酸锰溶于水得碳酸锰溶液，向碳酸锰溶液中加入高锰酸钾，混匀，离心取沉淀物，洗涤，干燥得前驱体；

(3)将所述前驱体在真空条件煅烧，得K掺杂α-MnO₂/Mn₃O₄催化剂。

优选地，步骤(1)的碳酸氢铵溶液的摩尔浓度为0.6～1mol/L；环己烷与正丁醇的体积比范围为(10～30)：1；碳酸氢铵溶液和正丁醇的体积比为(0.5～2)： 1。