近日，胶体与界面化学教育部重点实验室张人杰课题组获得了小尺寸、薄壳、高界面晶胞利用率的MnO₂空心纳米气球，确定了其结构，揭示了在催化方面的优异性能。论文以“Inflating Strategy To Form Ultrathin Hollow MnO₂ Nanoballoons” 为题，发表于国际纳米领域权威期刊《美国化学会·纳米》 (ACS Nano，DOI: 10.1021/acsnano.6b01229，IF=12.881)。

形貌不同的MnO₂性能不同。此前报道的MnO₂空心球直径为数百纳米到数微米，壳厚数十纳米到数百纳米。若得到直径几十纳米、壳厚几纳米的MnO₂空心纳米球，其性能将应更优异。

受国内外同行通过氧化石墨烯（GO）和KMnO₄反应制备MnO₂微米片、和利用GO被还原时产生的H₂O和CO₂气体鼓胀石墨烯形成多孔结构的启发，在张人杰教授的指导下，2013级硕士生尚卷卷等将二者结合后，鼓胀GO诱导的、在其上下面致密排列的MnO₂微米片，使其产生曲率，得到了超薄、高界面晶胞利用率、结构稳定的MnO₂空心纳米气球。通过TEM、HRTEM等证明了其空心结构；通过SEM等观察了其大小（30-500 nm）；通过AFM和XRD确定了壁厚（3.7 nm）；通过计算和氮气吸脱附实验揭示了高晶胞利用率和大比表面（228.2 m²/g）。文中探讨了瞬间冷冻干燥方式在获得这种纳米气球结构过程中的重要性。MnO₂空心纳米气球的优异性能通过催化降解亚甲基蓝得到验证。单位降解量是文献最大报道值的15倍。论文还通过循环实验证明了MnO₂空心纳米气球具有结构稳定性和持续催化活性。

该工作得到了国家自然科学基金、山东省自然科学基金、山东大学自主创新基金自然科学类专项交叉学科基金的共同支持。

论文链接：http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.6b01229.