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《纳米结构单元的种类及其制备、性质原子团簇》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、第二章：纳米结构单元的种类 及其制备、性质1团簇2纳米颗粒3纳米管、纳米棒、纳米丝原子团簇2.1原子团簇的种类2.2原子团簇的制备方法2.3原子团簇的结构与性质2.4原子团簇的研究意义及用途2.5C60的制备、性能及应用2.1原子团簇的种类原子团簇:几个至几千个原子或离子通过物理或化学力结合，组成相对稳定的微观或亚微观聚集体，其物理和化学性质随所含的原子数目而变化的聚集体，简称团簇(cluster)一元原子团簇金属团簇，如Nan,Nin等非金属团簇碳簇，如C60,C70非碳簇，如B,P,S,Si簇二元原子团簇：如InnPm,AgnSm等多元原子
2、团簇：Vn(C6H6)m等种类从原子种类数目分原子团簇与其他分子以配位化学键结合形成的化合物。从结合方式分范德华力：He、Ne、Ar、Ke、Xe离子键：LiFNaClCuBrCsI化学键：C60、金属原子团簇2.1原子团簇的种类特点尺寸：空间尺度为几个埃到几百埃的范围存在形式：不同于单个原子、分子，也不同于固体液体，介于两者之间产生条件：作为原子聚集体，往往产生于非平衡条件2.2原子团簇的制备方法人工产生团簇的基本方法：真空合成法气相合成法凝聚相合成法2.2原子团簇的制备方法真空合成法（溅射和2次离子发射）用几至几十keV载能粒子（离子或中性粒
3、子）轰击固体表面，使固体表面溅射出各种次级粒子－电子、离子、原子和团簇等（入射粒子通常用惰性气体原子或离子）溅射产生团簇的原理2.气相合成法2.2原子团簇的制备方法气相团簇形成的条件：产生大量单体（单原子或双原子分子）急冷过程（与惰性气体原子碰撞或绝热膨胀）而使单体冷却单体聚集成簇或团簇之间碰撞而长大气相团簇产生方式：单体在惰性原子的气氛中聚集单体本身冷却而生长成团簇（1）蒸发和气体冷凝法将物质元素或化合物放在低压的惰性气体腔室的蒸发皿中，高温加热至气化，与惰性原子或分子碰撞，迅速冷却，形成原子团簇。气体冷凝法形成团簇示意图气相合成法(2)激光
4、蒸发和激光热解利用光学聚焦系统把激光聚焦到很小的区域，使焦耳级的能量作用到固体靶表面，靶表面微区温度极高（可达上万度），发生离子发射或中性粒子蒸发，再用惰性气体冷却，聚集成团簇。获得难熔物质的团簇。激光蒸发原理示意图气相合成法(3)超声膨胀用于制备范德瓦尔斯团簇，特别是惰性气体团簇。使处在高压的纯净气体经过一个小孔，向真空膨胀，即把气体内能转换为横向能量，从而冷却下来，凝聚形成团簇绝热膨胀原理示意图气相合成法凝聚相合成法目前，凝聚相合成主要是用化学法制备金属，半导体和化合物分子团簇，如胶体化学、水解、共沉淀、溶剂蒸发等。一般凝聚相合成法制备的团
5、簇直径几十到几百纳米。金属离子酸性水溶液还原剂分离明胶纳米金属团簇2CoCl2＋4NaBH4+9H2OCo2B+4NaCl＋12.5H2＋3B(OH)3H2O:氧化作用NaBH4:还原作用2.3原子团簇的结构与性质原子团簇结构绝大多数原子团簇的结构不确定形状可以有线状、层状、管状、洋葱状、骨架状、球状等，团簇中每增加一个原子，团簇结构就要发生改变2345613原子团簇的结构少数团簇存在稳定结构与幻数惰性元素：Xe团簇，n=7,13,19,55[Li7(7)Li7(6)F14]+C60固体的质谱Xe团簇的质谱碳团簇：n=20,24,28,32,3
6、6,50,60,70在团簇质谱分析中，含有某些特殊原子数的团簇的强度呈现峰值，表明这些团簇特别稳定，所含原子数即为幻数。[Li(LiF)n]+,n=13,14碱金属卤化物团簇：[Li7(7)Li6(6)F13]+含特定原子数金属团簇具有能量最低的稳定结构团簇Nan和Na+的稳定结构原子团簇的结构典型原子团簇结构石墨的结构金刚石的结构C60的结构典型原子团簇结构C50Cl10的结构中国科学院院士郑兰荪厦门大学化学化工学院化学系教授典型原子团簇结构同位数效应Cu团簇：Cu63100%,Cu6541.66%Cu团簇的原子数具有奇偶性质，具有奇数原子的
7、团簇具有较大的产额量子尺寸效应在临界尺寸以下，团簇电子最低允许跃迁能量较大，大于临界尺寸后，跃迁能逐渐接近大块材料原子团簇的性质磁性平均有效磁矩随团簇尺寸增大而增加，铁磁性物质的团簇具有超顺磁驰豫光学性质纳米级的铁原子团簇对红外辐射具有较好的吸收特性原子团簇的性质⑤小尺寸效应原子团簇独特的性质源于其结构上的特点，因其尺寸小，处于表面的原子比例极高，而表面原子的几何构型、自旋状态以及原子间作用力都完全不同于体相内的原子。材料的性质与内部单元的表面性质息息相关。例如仅仅通过调节团簇的大小，物质特性就有极大的不同，10个铁原子的团簇在催化氨合成时要比
8、17个铁原子的团簇效能高出1000倍。原子团簇的性质2.4原子团簇的研究意义及用途模拟研究自然界的需要为新材料的制备开辟了新的途径宇宙分子和尘埃大气烟
