纳米技术资料4.ppt

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1、第三节纳米化学性质纳米化学除在纳米物质的制备方面起到重要作用外，对表现于催化能力大大提高的纳米化学性质也是化学家们研究的重点。由于纳米粒子的比表面积大，而且表面原子配位不全，随着粒径的减小，表面光滑程度更差，即形成了凸凹不平的原子台阶，配位不全的表面原子所占比例更大，使其化学活性位置（或理解为化学反应接触面）进一步增加，这就是纳米粒子作为催化剂优于常规材料的原因。催化和催化剂的知识回顾凡能改变化学反应速率而自身的质量、组成和化学性质在反应前后保持不变的物质，被称为催化剂，催化剂改变反应速率的作用称为催化作用。催化

2、剂的主要作用：改变反应速率；决定化学反应路径、有特殊的选择性；降低化学反应需的温度。纳米粉体在这三方面都有突出的表现。催化剂改变反应速率，有正有负，一般所讲的催化剂是指加速化学反应速率的物质，人们往往给减缓化学反应速率的负催化剂以特定的名称，如缓蚀剂、抗老剂、阻燃剂等。催化剂加快化学反应速率的原因在于它能改变（一般讲是降低）原反应物的活性能，改变反应历程，因此要求催化剂易与反应物作用，使反应物分子活化，又可在反应后再生。催化和催化剂的知识回顾纳米粒子的催化作用金属纳米粒子的催化作用由于纳米微粒有很大的比表面积和表

3、面分子比例，粒子直径小，易于同反应物发生反应，所以催化效果很好。例如：30nm的镍粉使有机物氢化或脱氢反应速率提高10～15倍。用于火箭固体燃料反应触媒，可使燃料效率提高100倍。通过将金属纳米粒子分散到溶剂中，再使多孔的氧化物衬底材料浸泡其中，烘干后备用，这就是浸入法催化剂的制备；这种催化剂还有离子交换法、吸附法、蒸发法、醇盐法等。分散于氧化物衬底上的金属纳米粉体催化作用例如：Au纳米粒子沉积在Fe2O3，NiO衬底，在70℃时就具有较高的催化氧化活性。纳米粒子的催化作用例如：纳米粒子聚合体的催化作用Fe、Ni

4、的纳米粉体与γ-Fe2O3混合烧结体可以代替贵金属作为汽车尾气净化剂。金属纳米粉体沉积在冷冻的烷烃基质上，经特殊处理后可断裂C-C键，MxCyHz(M=Fe，Ni)组成准金属有机粉末，在催化氢化作用方面能力很强。纳米粒子的催化作用但是纳米微粒的催化作用性能提高的原因，只是因为纳米微粒粒径小、表面原子数目高的缘故，而每个表面原子的活性并没有提高。当然，减小颗粒尺寸，提高表面金属原子的比例也是有意义的，可以提高单位重量催化剂的产出效率，降低成本。但是，要采取措施防止催化剂的纳米颗粒在较高反应温度下发生团聚、颗粒长大的

5、问题以及催化剂本身使用寿命和重复使用的问题，这也是摆在纳米科技工作者面前的课题。纳米粒子的催化作用光催化作用是指半导体材料的光催化效应。光催化作用及半导体纳米粒子光催化剂纳米半导体比常规半导体催化活性高的多，原因在于：由于量子尺寸效应，使半导体粉体的导带和价带能级间的能隙变宽。导带电位变得更负，粒子具有更强的氧化和还原能力。况且，纳米半导体粒子的粒径小，光生载流子比常规材料的光生载流子更容易通过扩散迁移到表面形成表面态对载流子的捕捉，促进氧化和还原反应。半导体纳米粒子光催化效应在环保、水质处理、有机物降解、失效农

6、药降解方面有重要的应用：纳米TiO2在光的照射下对碳氢化合物有催化作用，若在玻璃、陶瓷或瓷砖表面涂上一层纳米TiO2，可有很好的保洁作用，无论是油污还是细菌，在TiO2作用下进一步氧化很容易擦掉，日本已经生产出自洁玻璃和自洁瓷砖。光催化作用及半导体纳米粒子光催化剂半导体纳米粒子光催化效应在环保、水质处理、有机物降解、失效农药降解方面有重要的应用：光催化作用及半导体纳米粒子光催化剂将CdS、ZnS、PbS、TiO2等半导体材料作成小球状的纳米颗粒，浮在含有有机物的废水表面，利用太阳光使有机物降解。美国和日本已将该法

7、用于海上石油泄漏造成的污染处理上。。半导体纳米粒子光催化效应在环保、水质处理、有机物降解、失效农药降解方面有重要的应用：光催化作用及半导体纳米粒子光催化剂用纳米TiO2光催化效应可从甲醇水合溶液中提取H2，纳米ZnS的光催化效应也可从甲醇水合溶液中制取丙三醇和H2，这些结果表明，在能源方面，纳米半导体光催化将发生很大的作用。