粒度和形貌对纳米颗粒热力学性质影响的理论研究和量化计算-化学工程专业毕业论文

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1、声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在指导教师的指导下，，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：—聋L』Lj秀一日期：—』逖L丘』乙一关于学位论文使用权的说明本人完全了解太原理工大学有关保管、使用学位论文的规定，其中包括：①学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；②学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文；⑧学校可允许学位论文被查阅或借阅；④学校可以学术交流为目的，复制赠送和

2、交换学位论文；⑤学校可以公布学位论文的全部或部分内容(保密学位论文在解密后遵守此规定)。签名：蔓p乒譬一日期：』蛀妯L导师签名：—为—_-日期：一万方数据太原理工大学硕士研究生学位论文粒度和形貌对纳米颗粒热力学性质影响的理论研究和量化计算摘要众所周知，当材料的尺寸达到纳米级别时，由于表面效应和小尺寸效应，引起物质在化学反应平衡、反应动力学、相变、吸附、电化学和催化等方面产生了很大变化，而这些变化主要归因子其热力学性质的改变。因此，研究粒度和形貌对纳米材料热力学性质的影响是非常重要和必要的。目前，关于粒度对纳米颗粒热力学性质影响的研究报道较少，并且粒径对其热力学性质的影响规律还不清楚

3、，球形纳米颗粒热力学性质的理论研究还不完善，其它形貌纳米颗粒热力学性质的理论研究还未见报道。论文首先将界面变量引入到纳米颗粒的吉布斯函数中，系统地推导出不同形貌(球形、立方形、棒状和片状)纳米颗粒的表面热力学性质及其热力学性质分别与其粒度间的热力学关系式，包括摩尔表面吉布斯能、摩尔吉布斯能、摩尔表面焓、摩尔焓、摩尔表面熵、摩尔熵、恒压摩尔表面热容和恒压摩尔热容；将Young-Laplace方程首次应用于固体纳米粒子，导出了固体纳米颗粒的附加压力，进一步推导出固体纳米颖粒的摩尔表面能、摩尔内能、恒容摩尔表面热容、恒容摩尔热容。其次，编写出计算原子簇坐标的VB源程序，根据铁和银的单晶胞

4、参数，构建出一系列不同粒度、不同形貌的纳米铁簇和纳米银簇模型：采用gaussian09软件中量子化学的半经验方法PM6分别对纳米铁簇和纳米银簇的热力学性质进行了计算，得到了不同粒度、不同形貌纳米团簇的摩尔吉布斯能、摩尔焓、摩尔熵、摩尔内能和恒容摩尔热容，并讨论了粒度和形万方数据太原理工大学硕士研究生学位论文貌对这些热力学性质的影响规律；还进一步估算出纳米铁的Tolman长度以及膨胀系数。研究结果表明：纳米颗粒的热力学性质主要与其粒度、表面张力、表面张力的温度系数和膨胀系数有关；关于粒度对纳米颗粒热力学性质的影响规律，量子化学的计算结果与纳米颗粒的热力学理论一致：纳米颗粒的摩尔吉布斯

5、能、摩尔焓、摩尔熵和摩尔内能随着纳米颗粒粒度的减小而增大，恒容摩尔热容则变化不大，随着纳米颗粒粒度的减小而略有减小；不同形貌的纳米颗粒，如果原子数相同，则其各种热力性质差别不大。此外，还发现纳米Fe簇的Tolman长度大约为0．1A，并且其膨胀系数为负值。纳米颗粒的热力学理论及其粒度对热力学性质的影响规律对于纳米颗粒在化学反应、相变、吸附、电化学及其催化中的研究和应用具有重要的指导作用。关键词：粒度，形貌，纳米颗粒，热力学性质，量子化学万方数据太原理工大学硕士研究生学位论文THEEFFECT0FPARnCLESIZEANDSH已气PEON’IⅧ册RMODYNAMICPROPEI乇加

6、匝S：ATHEOREllCALSTUDYANDQUANTUMCHEMISTRYCALCULATIONABSTRACTAsweallknow,thematerialshavemanydifferencesinchemicalreactionequilibrium，reactionkinetics，phasechange，adsorption,electrochemistryandcatalysisduetOsurfaceeffectandsmallsizeeffectwhentheirdimensionreachesnanoscale，andthesecMngesmainlyam'i

7、butetothechangeinthermodynamicproperties．Therefore，itisbecomeveryimportantandimperativetostudytheeffectofparticlesizeandmorphologyonthethermodynamicpropertiesofnanomaterials．Atpresent,theeffectofpaniclesizeonthethermodynamicpropertiesof