纳米技术在催化领域的应用

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1、纳米技术在催化领域的应用——纳米催化内容研究背景纳米催化剂（分类、制备方法、表征技术）应用研究背景纳米技术（nanotechnology）是用单个原子、分子制造物质的科学技术，研究结构尺寸在0.1至100纳米范围内材料的性质和应用。纳米科学与技术主要包括：纳米体系物理学、纳米化学、纳米材料学、纳米生物学、纳米电子学、纳米加工学、纳米力学等。纳米技术是一门交叉性很强的综合学科，研究的内容涉及现代科技的广阔领域。研究背景生物学数学物理化学纳米科学纳米生物技术纳米电子生物信息学媒体、社会与健康通讯与信息技术医药纳米材料环境制造业能源纳米技术与传统技术领域的关系研究背景催化作为化学与工程学科的

2、一门交叉学科，属于交叉型应用基础学科。纳米材料与技术在诸多领域引起广泛的重视，成为国际上研究与开发最为活跃的领域之一。可将纳米技术引入催化领域，利用纳米技术设计催化剂的表面结构和反应活性位结构，研制出性能独特的优越催化剂。纳米催化技术包括许多方面，如纳米尺度催化剂、纳米结构催化剂、纳米催化剂合成、表征与结构修饰技术、纳米催化剂工业应用技术、纳米催化剂及其反应器设计等领域，内容十分广泛。纳米催化剂超细金属催化剂金属是传统催化剂的活性组分，在目前工业催化剂中占有很大比重。分为超细贵金属催化剂和超细过渡金属催化剂。超细贵金属催化剂可有效催化不对称加氢反应，但是在使用时往往要对其性能进行修饰。

3、超细过渡金属催化剂应用广泛，但是要解决超细粒子的稳定性。过渡金属氧化物超细催化剂过渡金属氧化物通常是以多组分复合氧化物的形式作为多相催化剂使用。过渡金属氧化物颗粒被纳米化以后，其物理化学性能也会随之发生突变，如电性能、磁性能及化学性能等。这些性能上的变化，可为催化反应带来很多变化。纳米催化剂超细分子筛催化剂相对于常规尺度分子筛，纳米超细分子筛由于其力度很小，每个晶粒所含的晶胞数十分有限，使其表现出一些独特的结构与性能特点，如更大的外表面、更多暴露的晶胞、短而规整的孔道、更多易接近的活性位、更加规整的骨架结构、易于改进的结构等，使其在催化裂化、加氢裂化、汽油馏分临氢异构化、合成气催化转化

4、中得到应用。纳米催化剂纳米膜催化剂将无机膜应用于催化体系，甚至直接作为催化剂使用，最直接的优点是将现场分离引入催化反应，可通过某一产物的选择性透过，迫使反应平衡发生移动，使其远离平衡状态。纳米厚度的金属膜催化剂结构规整，表面富集大量的类似于晶粒间界性质的结构，是理想的快速扩散结构，且催化剂性能稳定。另外，纳米厚度的金属膜催化剂，表面原子数比例较高，微孔分布集中，有利于择形分离。还具有较强的抗中毒及抗氧化能力，将在未来的化工工业担负重要角色。纳米催化剂纳米金属、金属合金催化剂的合成1、物理制备法物理制备法是指通过物理加工方法得到具有纳米尺度结构的纳米材料的方法。最关键的是如何制备、如何控

5、制纳米尺度材料的结构。物理制备法有多种：（1）气相凝聚法通过加热，使前驱体材料，通常是金属单质或化合物，在低压惰性气流中蒸发，逐步均匀凝聚或沉积到特定的底物上，再与冷端空间里分散漂浮的金属原子或原子簇不断碰撞，形成纳米尺度的金属粒子。纳米催化剂的制备方法（2）溅射法溅射法是制备金属纳米粒子簇以及各类纳米结构膜的方法。几乎适用于任何物质的蒸发，而气相凝聚法主要用于金属及少数可挥发性金属氧化物等。溅射法目前主要采用射频溅射的方法，以解决一些绝缘体带电问题。纳米催化剂的制备方法（3）机械研磨法机械研磨法是目前制备纳米材料最经济的方法之一。目前主要用于合成一些非晶态合金类催化剂。机械研磨主要通

6、过金属粒子的塑性变形来实现。一般来说，单纯通过机械研磨使其粒度进入纳米范畴，难度较大。涉及磨球的硬度、大小以及球磨或研磨的方式等多个因素。纳米催化剂的制备方法2、化学合成法在新型结构与性能的各类材料研制方面，化学历来是最重要的方法。它的优势在于其可调性与多样性。化学合成的最显著的特点是它提供了其他方法难以比拟的均匀性，因为化学反应是在分子水平均匀混合的前提下进行的。化学制备方法是金属纳米材料合成的主要方法，包括热分解法、超声分解法、还原法、化学气相沉积法等。纳米催化剂的制备方法（1）热分解法热分解法是金属纳米粒子化学合成方法中应用最多的方法。通常是将金属纳米粒子的前驱体引入一反应器，在

7、一定温度下进行热分解反应，形成一定粒度大小的金属纳米超细粒子。热分解反应的前驱体一般是一些易于分解的金属配合物，如金属羰基化合物、金属有机配合物等。最典型的例子是Fe(CO)5在以高沸点溶剂中进行的热分解反应。纳米催化剂的制备方法（2）还原法还原法也是一种制备金属纳米粒子催化剂的主要方法，在催化研究中应用更为广泛。将无机盐或金属配合物、金属簇合物还原为金属态的超细粒子，还原剂有很多。但是，对于特定的金属组分，总有最佳的还原条件与还原剂使所得的金