纳米材料的化学特性.ppt

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1、第三章纳米微粒的化学特性2主要内容一、吸附二、分散与团聚3一、吸附吸附是相接触的不同相之间产生的结合现象。物理吸附：吸附剂与吸附相之间以范氏作用力之类的较弱的物理力结合化学吸附：吸附剂与吸附相之间以化学键强结合4纳米微粒——大的比表面，表面原子配位不足，比相同的大块材料有更强的吸附性。纳米粒子的吸附性与被吸附物质的性质、溶剂的性质以及溶液的性质有关。不同种类的纳米微粒吸附性质也有很大的差别。电解质和非电解质溶液以及溶液的pH值等都对纳米微粒的吸附产生强烈的影响。1、非电解质的吸附纳米材料在非电解质上

2、的吸附通过氢键、范氏作用力、偶极子的弱静电引力吸附在粒子表面，其中尤以氢键为多。51、非电解质的吸附氧化硅纳米粒子对醇、酰胺、醚的吸附过程中,氧化硅微粒与有机试剂中间的接触为硅氧醇层，硅烷醇在吸附中起着重要的作用。61、非电解质的吸附有机试剂中的O或N与硅烷醇的羟基中的H形成O－H或N－H键，从而完成SiO2粒子对有机试剂的吸附。7低pH下吸附于氧化硅表面的醇、酰胺、醚1、非电解质的吸附一个醇分子与氧化硅表面的硅烷醇羟基之间只能形成一个氢键，所以结合力很弱，属于物理吸附。对于高分子氧化物，例如聚乙烯

3、氧化物在氧化硅粒子上的吸附也同样通过氢键来实现，由于大量的O－H氢键的形成，使得吸附力变得很强，这种吸附为化学吸附。弱物理吸附容易脱附，强化学吸附脱附困难。81、非电解质的吸附吸附影响因素：粒子表面性质；吸附相的性质；溶剂种类吸附相相同，溶剂不同，吸附量不同。例如，以直链脂肪酸为吸附相，正己烷为溶剂时直链脂肪酸在氧化硅微粒表面上的吸附量多；苯为溶剂时则少。这是因为在苯的情况下形成的氢键很少。水溶液中吸附非电解质时，pH值的影响很大。pH值高时，氧化硅表面带负电，水的存在使得氢键难以形成，吸附能力下降

4、。9102、电解质吸附电解质在溶液中以离子形式存在，吸附能力大小由库仑力来决定。纳米微粒在电解质溶液中的吸附现象大多数属于物理吸附。纳米粒子的大的比表面，很多键不饱和，致使纳米粒子表面失去电中性而带电（例如纳米氧化物，氮化硅粒子），在电解质溶液中往往把带有相反电荷的离子吸附在表面上以平衡其表面上的电荷，这种吸附主要是通过库仑交互作用而实现的。112、电解质吸附如，纳米尺寸的黏土小颗粒在碱或碱土类金属的电解质中，带负电的黏土超微粒子很容易把带正电的Ca2+粒子吸附到表面，这里Ca2+称为异电离子，这是

5、一种物理吸附过程，它是有层次的，吸附层的电学性质也有很大的差别。122、电解质吸附一般来说，靠近纳米微粒表面的一层属于强物理吸附，称为紧密层，它的作用是平衡了超微粒子表面的电性；离超微粒子稍远的Ca2+粒子形成较弱的吸附层，称为分散层。132、电解质吸附由于强吸附层内电位急剧下降，在弱吸附层中缓慢减小，结果在整个吸附层中产生电位梯度。上述两层构成双电层。双电层中电位分布可用一表示式来表明。142、电解质吸附例如，把Cu离子－黏土粒子之间吸附当作强电解质吸附来计算，以粒子表面为原点，在溶液中任意距离x

6、的电位ψ可用下式表示：其中，当x→∞时，.。为粒子表面电位，即吸附溶液与未吸附溶液之间界面的电位，又称zeta势。ε为介电常数，e为电子电荷，n0为溶液的离子浓度，Z为原子价，NA为阿伏加德罗常数，C为强电解质的摩尔浓度（mol/cm3），T为绝对温度。152、电解质吸附k表示双电层的扩展程度，称为双电层的厚度，反比于Z和，这表明高价离子、高电解质浓度下，双电层很薄。162、电解质吸附对纳米氧化物的粒子，如石英、氧化铝和二氧化钛等根据它们在水溶液中的pH值不同可带正电、负电或电中性。pH值对氧化物表

7、面带电状况的影响纳米粒子表面的电荷17当pH值比较小时，粒子表面形成M－OH2（M代表金属离子），导致粒子表面带正电；当pH值高时，粒子表面形成M－O键，使粒子表面带负电；如果pH值处于中间值，则纳米氧化物表面形成M－OH键，这时粒子呈电中性。182、电解质吸附在表面电荷为正时，平衡微粒表面电荷的有效对离子为Cl－、NO3－等阴离子；若表面电荷为负时，Na＋、NH4＋离子是很有效的平衡微粒表面电荷的对离子。问题：为什么都是一价离子？19二、纳米粒子的分散与团聚在纳米微粒制备过程中，如何收集是一个关键

8、问题。纳米微粒表面的活性使它们很容易团聚在一起从而形成带有若干弱连接界面的尺寸较大的团聚体。这给纳米微粒的收集带来了很大的困难。无论是用物理方法还是化学方法制备的纳米粒子经常采用分散在溶液中进行收集。分散20团聚体：是由一次颗粒通过表面力或固体桥键作用形成的更大的颗粒．团聚体内会有相互连接的气孔网络．团聚体可分为硬团聚体和软团聚体两种．团聚体的形成过程使体系能量下降．硬团聚：一般是指颗粒之间通过化学键力或氢键作用力等强作用力连接形成的团聚体。硬团聚体内部作用力大，颗粒