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《纳米催化剂及其应用与展望》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、纳米催化剂及其应用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纳米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纳米材料的制备和研究是整个纳米技术的基础理论基础最重要的内容近年来，纳米科学与科技的发展已广泛地渗透到催化研究领域，其中最典型的实例就是纳米催化剂的出现及与其相关研究的蓬勃发展。1.1纳米金属粒子催化剂纳米金属粒子作为催化剂已成功地应用到加氢催化反应中。以粒子小于0.3微米的Ni和Cu-Zn合金的超细微粒为主要成分制成的催化剂，可以使有机物加氢的效率比传统镍催化剂高10倍
2、。金属纳米粒子十分活泼，可以作为助燃剂在燃料中使用，还可以掺杂到高能密度的燃料，如炸药中，以增加爆炸效率，或作为引爆剂使用。将金属纳米粒子和半导体纳米粒子混合掺杂到燃料中，可以提高燃烧的效率。目前，纳米铝粉和镍粉已经被用在火箭燃料中作助燃剂，每添加质量分数约为百分之十的超细铝或镍微粒，每克燃料的燃烧热可增加一倍。1.2纳米金属氧化物催化剂已报道的纳米金属氧化物催化剂有铜铬氧化物、Fe3O4、TiO2等。用超细的Fe3O4微粒作为催化剂可以在低温下将CO2分解为C和H2O。A1Tschope等人用惰性气体冷凝法制备的金属氧
3、化物CeO2催化CO的氧化和SO2的还原反应,使反应活性、选择性和热稳定性显著增强。1.3纳米半导体粒子光催化剂纳米微粒作为催化剂应用较多的是半导体光催化剂，纳米半导体比常规半导体光催化活性高得多。目前在光催化降解领域所采用的光催化剂多为N型半导体材料，如TiO2、ZnO、Fe3O4、SnO2、WO3、CdS等，但由于光腐蚀和化学腐蚀的原因,实用性较好的有TiO2和ZnO，其中以TiO2的使用最为广泛。TiO2以其活性高、热稳定性好、持续性长、价格便宜、对人体无害等特征倍受人们青睐，成为最受重视的一种光催化剂,目前已广泛
4、用于废水处理、有害气体净化、食品包装、日用品、纺织品、建材和涂料等方面。1.4纳米固载杂多酸盐催化剂纳米固载杂多酸盐催化剂是催化合成己酸乙酯的良好催化剂,不仅反应温度低,不用带水剂,而且催化剂用量少又易回收,在工业生产中有较高的经济价值。1.5纳米固体超强酸催化剂固体超强酸是指酸度比100%硫酸更强的酸，即Hammett酸度函数H0<-11.93的酸就是超强酸。目前,固体超强酸作为一类新的催化剂材料已成为国内外研究的热点，由于其制备方法较为简单、稳定性好、催化活性高、易分离、不腐蚀设备、不污染环境,是很有应用前景的绿色工
5、业催化剂。2纳米催化剂的特点纳米催化剂具有独特的晶体结构及表面特性；纳米催化剂具有比表面积大、表面活性高等特点，显示出许多传统催化剂无法比拟的优异特性；纳米催化剂还表现出优良的电催化、磁催化等性能。2.1表面效应描述催化剂表面特性的参数通常包括颗粒尺寸、比表面积、孔径尺寸及其分布等。当微粒粒径由10nm减小到1nm时,表面原子数将从20%增加到90%。这不仅使得表面原子的配位数严重不足、出现不饱和键以及表面缺陷增加,同时还会引起表面张力增大,使表面原子稳定性降低，极易结合其它原子来降低表面张力。2.2体积效应当纳米颗粒的
6、尺寸与传导电子的德布罗意波长相当或比其更小时,晶态材料周期性的边界条件被破坏,非晶态纳米颗粒的表面附近原子密度减小,使得其在光、电、声、力、热、磁、内压、化学活性和催化活性等方面都较普通颗粒相发生很大变化,如纳米级胶态金属的催化速率就比常规金属的催化速率提高了100倍。2.3量子尺寸效应当纳米颗粒尺寸下降到一定值时,费米能级附近的电子能级将由准连续态分裂为分立能级,此时处于分立能级中的电子的波动性可使纳米颗粒具有较突出的光学非线性、特异催化活性等性质。量子尺寸效应可直接影响到纳米材料吸收光谱的边界蓝移,同时有明显的禁带变
7、宽现象；这些都使得电子、空穴对具有更高的氧化电位,从而可以有效地增强纳米半导体催化剂的光催化效率。3纳米催化剂的制备方法目前生产纳米催化剂的方法很多,无论采用哪一种方法，制备的纳米粒子必须达到如下要求：表面光洁；粒子形状、粒径及粒度分布可控；粒子不易团聚；易于收集，产率高。3纳米催化剂的制备方法3.1溶胶-凝胶法金属有机或无机化合物经过溶胶-凝胶化和热处理形成氧化物或其他固体化合物的方法。3.2沉淀法在液相中将化学成分不同的物质混合,再加入沉淀剂使溶液中的金属离子生成沉淀,对沉淀物进行过滤、洗涤、干燥或煅烧制得所需产品。
8、3纳米催化剂的制备方法3.3浸渍法将载体置于含活性组分的溶液中浸泡达到平衡后将剩余液体除去(或将溶液全部浸入固体),再经干燥,煅烧,活化等步骤得到所需产品。3.4微波合成法在微波辐射作用下,金属盐或醇盐溶液能直接分解,生成超细金属氧化物或硫化物粉体，该方法操作简便，产物粒径分布窄、形态均一，具有其它方法不可比拟的优越
