張人杰課題組借助石墨烯制備超薄MnO2空心納米氣球取得進(jìn)展
近日，膠體與界面化學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室張人杰課題組獲得了小尺寸、薄殼、高界面晶胞利用率的MnO2空心納米氣球，確定了其結(jié)構(gòu)，揭示了在催化方面的優(yōu)異性能。論文以“Inflating Strategy To Form Ultrathin Hollow MnO2 Nanoballoons” 為題，發(fā)表于國際納米領(lǐng)域權(quán)威期刊《美國化學(xué)會·納米》 (ACS Nano，DOI: 10.1021/acsnano.6b01229，IF=12.881)。
形貌不同的MnO2性能不同。此前報(bào)道的MnO2空心球直徑為數(shù)百納米到數(shù)微米，殼厚數(shù)十納米到數(shù)百納米。若得到直徑幾十納米、殼厚幾納米的MnO2空心納米球，其性能將應(yīng)更優(yōu)異。
受國內(nèi)外同行通過氧化石墨烯（GO）和KMnO4反應(yīng)制備MnO2微米片、和利用GO被還原時(shí)產(chǎn)生的H2O和CO2氣體鼓脹石墨烯形成多孔結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，在張人杰教授的指導(dǎo)下，2013級碩士生尚卷卷等將二者結(jié)合后，鼓脹GO誘導(dǎo)的、在其上下面致密排列的MnO2微米片，使其產(chǎn)生曲率，得到了超薄、高界面晶胞利用率、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的MnO2空心納米氣球。通過TEM、HRTEM等證明了其空心結(jié)構(gòu)；通過SEM等觀察了其大?。?/span>30-500 nm）；通過AFM和XRD確定了壁厚（3.7 nm）；通過計(jì)算和氮?dú)馕摳綄?shí)驗(yàn)揭示了高晶胞利用率和大比表面（228.2 m2/g）。文中探討了瞬間冷凍干燥方式在獲得這種納米氣球結(jié)構(gòu)過程中的重要性。MnO2空心納米氣球的優(yōu)異性能通過催化降解亞甲基藍(lán)得到驗(yàn)證。單位降解量是文獻(xiàn)最大報(bào)道值的15倍。論文還通過循環(huán)實(shí)驗(yàn)證明了MnO2空心納米氣球具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和持續(xù)催化活性。
該工作得到了國家自然科學(xué)基金、山東省自然科學(xué)基金、山東大學(xué)自主創(chuàng)新基金自然科學(xué)類專項(xiàng)交叉學(xué)科基金的共同支持。
論文鏈接：http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.6b01229.
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