Page 136 - 《精细化工》2023年第3期

第 40 卷第 3 期 精 细 化 工 Vol.40, No.3
20 23 年 3 月 FINE CHEMICALS Mar. 2023

功能材料
超小尺寸碳载 Mn O 纳米催化剂制备及其催化性能
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陈润奇 1,2 ，颜雨坤 ，温国栋 ，周杨韬 ，那 铎 1,2 ，张劲松
（1. 中国科学院金属研究所 沈阳材料科学国家研究中心，辽宁 沈阳 110016；2. 中国科学技术大学
材料科学与工程学院，辽宁 沈阳 110016）

摘要：以 MnCl 2 为原料，聚乙烯醇（PVA）为稳定剂，利用 PVA 介导沉淀法制备 Mn 3 O 4 纳米粒子（PVA/Mn 3 O 4 ），
进一步将冻干的 PVA/Mn 3 O 4 复合物炭化制备了超小尺寸的 Mn 3 O 4 -C 催化剂。使用 XRD、XPS、TEM、BET 表
征制备材料的结构和形貌，发现 PVA 能够有效减小 Mn 3 O 4 在制备过程中的聚集和长大。无 PVA 介导沉淀法制备
的 Mn 3 O 4 -P 平均粒径为（38.8±9.3）nm。加入 PVA 后，制备过程中 PVA 分子链间的 Mn 3 O 4 纳米粒子平均粒径为
（3.2±0.8）nm，经过 Ar 保护炭化处理后，平均粒径为（4.5±1.2）nm 的 Mn 3 O 4 纳米粒子被均匀固定在碳基底上。
制备的 Mn 3 O 4 -C 催化剂具有高效的类芬顿催化降解亚甲基蓝（MB）的能力，在 MB 质量浓度为 40 mg/L 的 40 mL
溶液中，催化剂质量浓度为 75 mg/L，H 2 O 2 投加量为 4 mL，反应时间为 40 min，反应温度为 80 ℃的条件下，MB
的降解率为 94.4%。催化剂经过 3 次循环使用后，MB 的降解率保持在 91.1%，且碳基底上的 Mn 3 O 4 纳米粒子结构
和形貌与使用前相似。
关键词：聚乙烯醇；沉淀法；稳定剂；Mn 3 O 4 ；类芬顿；亚甲基蓝；功能材料
中图分类号：O643 文献标识码：A 文章编号：1003-5214 (2023) 03-0592-08

Preparation and catalytic performance of ultrafine
carbon-supported Mn 3O 4 nanocatalyst

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1,2
1,2
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CHEN Runqi , YAN Yukun , WEN Guodong , ZHOU Yangtao , NA Duo , ZHANG Jinsong
（1. Shenyang National Laboratory for Materials Science, Institute of Metal Research, Chinese Academy of Sciences,
Shenyang 110016, Liaoning, China; 2. School of Materials Science and Engineering, University of Science and
Technology of China, Shenyang 110016, Liaoning, China）
Abstract: An ultrafine carbon-supported Mn 3O 4 nanocatalyst was synthesized from carbonization of
lyophilized PVA/Mn 3 O 4 complex, which was prepared via poly(vinyl alcohol) (PVA) mediated precipitation
of MnCl 2, and characterized by XRD, XPS, TEM and BET for structure and morphology analysis. The
results showed that PVA could effectively reduce the aggregation and growth of Mn 3O 4 nanoparticles
during the preparation process. The Mn 3O 4 nanoparticles prepared in absence of PVA (Mn 3O 4-P) presented
a average particle size of (38.8±9.3) nm, while that of Mn 3O 4 nanoparticles dispersed in the PVA molecular
chains was (3.2±0.8) nm. Meanwhile, the Ar-protected carbonization treatment of the freeze-dried
PVA/Mn 3O 4 complex led to uniform immobilization of Mn 3O 4 nanoparticles on the carbon substrate with a
average particle size of (4.5±1.2) nm. The Mn 3O 4-C catalyst obtained exhibited excellent catalytic
performance for Fenton-like degradation of methylene blue (MB). Mn 3O 4-C promoted the degradation rate
of 40 mL MB solution with a mass concentration of 40 mg/L to 94.4% under the conditions of catalyst mass
concentration of 75 mg/L, H 2O 2 dosage of 4 mL, reaction time of 40 min and reaction temperature of 80 ℃.
Moreover, Mn 3O 4-C showed better recycle stability compared with the Mn 3O 4 nanoparticles prepared in
absence of PVA. The degradation rate for MB remained at 91.1% even after the catalyst was recycled for 3
times, and the structure and morphology of Mn 3O 4 nanoparticles on the carbon substrate were similar to those
freshly prepared.

收稿日期：2022-05-06; 定用日期：2022-10-26; DOI: 10.13550/j.jxhg.20220438
基金项目：辽宁省自然科学基金（2021-MS-013）；沈阳材料科学国家研究中心青年科学基金项目（L2019F6，L2019F15 和 L2019F30）
作者简介：陈润奇（1994—），男，硕士生，E-mail：rqchen18s@imr.ac.cn。联系人：张劲松（1963—），男，研究员，E-mail：
jszhang@imr.ac.cn。