[发明专利]CeO2

说明书

本发明公开了一种CeO₂/MnO₂复合光催化剂及其制备方法和应用，属于功能材料技术领域。本发明将MnO₂棒光催化剂和Ce(NO₃)₃·6H₂O通过绿色简单的溶剂热法合成不同负载量的CeO₂/MnO₂复合光催化剂，通过CeO₂纳米粒子对MnO₂棒状载体的修饰，延长光生载流子的寿命，提高材料的氧化还原能力，以及优化催化剂表面的酸碱性，用于全光谱下催化氧化甲苯，能够促进更多甲苯分子吸附、活化、光催化氧化，最终以环境友好的二氧化碳排放。本发明所用原料廉价，方法工艺简便，制得的CeO₂/MnO₂复合光催化剂实用性强，具备良好的经济效益和环保效益。

技术领域

本发明属于功能材料技术领域，具体涉及一种CeO₂纳米粒子修饰的MnO₂棒催化剂及其制备方法以及该催化剂在光催化氧化甲苯中的应用。

背景技术

挥发性有机化合物(VOCs)是一种对人类及其周围生态系统有害的大气污染物质，对人体具有一定的刺激和毒性，还会造成光化学烟雾、全球变暖、臭氧层破坏等危害。光催化氧化技术可以在温和条件下绿色环保且无二次污染地有效降解痕量VOCs污染物，具有短时间内高效去除VOCs污染物的优点。近年来，半导体氧化锰(MnO₂)作为常用的催化剂活性组分，可以形成一定的孔道结构，在消除VOCs方面具有很好的应用前景。二氧化铈(CeO₂)由于含量丰富、成本低、无污染且化学性质稳定，在光催化氧化甲苯方面受到一定的关注。

目前，MnO₂应用于光催化方面具有如下劣势：一是光吸收波长范围狭窄，太阳光利用率低；二是光生载流子的复合率高，量子效率较低；三是纳米催化剂回收困难，损失量高。但氧化锰矿物具有高度缺陷结构和非理想配比性，具备强氧化还原性能，此外，其Mn价态多且能释放晶格氧，能够与各类过渡金属离子复合，在催化降解挥发性有机污染物方面具有潜在的应用前景。

CeO₂作为一种常用的无机n型半导体光催化材料，其带隙较宽，只能被紫外光激发；其次，内部电荷转移率偏低，电子空穴对复合率较高，造成光催化化学反应过程中光子利用率偏低。但是，Ce³⁺和Ce⁴⁺之间灵活的价态切换，使得CeO₂具有优异的氧化还原性能和独特的储释氧能力，在光催化领域吸引了不少研究者的关注。

因此，通过CeO₂修饰MnO₂，利用两者间的协同作用促进甲苯光催化氧化性能。通过构建CeO₂/MnO₂复合光催化剂不仅可以有效提升复合材料的光吸收性能及光生电荷的快速分离与转移，并且还可以增强复合材料的光氧化能力。具体表现在：(1)CeO₂/MnO₂复合光催化剂能够有效利用载体MnO₂棒较大的比表面积，提供更多的活性位点；(2)有效地增强光吸收能力，降低光生电子- 空穴的复合几率，提高催化剂的氧化能力。然而，到目前为止没有CeO₂修饰 MnO₂纳米棒复合光催化剂的制备及其在光催化氧化甲苯中的研究报道。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明所要解决的第一技术问题在于提供一种CeO₂/MnO₂复合光催化剂的制备方法；本发明所要解决的第二技术问题在于提供该方法制备得到的CeO₂/MnO₂复合光催化剂；本发明所要解决的第三技术问题在于提供CeO₂/MnO₂复合光催化剂在催化氧化甲苯中的应用。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：