第八章 納米催化劑

論文要求：

1、題名：納米催化材料方向，包括制備、表征及其催化性質(zhì)(可以側(cè)重于制造和催化）3、格式請嚴(yán)格按照論文格式要求。注意英文文獻(xiàn)格式；4、提交方式：班級以電子文檔形式統(tǒng)一提交，論文以個人學(xué)號命名（bbxylzq@163.com)5、提交時間：21月22日前2、內(nèi)容要求詳實(shí)、系統(tǒng)，作者進(jìn)行總結(jié)，不準(zhǔn)大面積抄襲；固體超細(xì)微粒與催化劑

凝膠法及微乳化技術(shù)

氣相沉積法膜催化劑

化學(xué)鍍第8章納米催化材料

納米材料在催化領(lǐng)域中的研究進(jìn)展納米材料是指尺度為l－100nm的超微粒徑壓制、燒結(jié)或?yàn)R射而成的聚集態(tài)固體。它斷裂強(qiáng)度高、韌性好、耐高溫。由于納米粒子具有許多傳統(tǒng)固體不具有的特異性質(zhì)，如特異的化學(xué)、機(jī)械、電子、磁學(xué)等性能，從而引起國內(nèi)外研究界的高度重視，納米材料被稱為“二十一世紀(jì)的新材料”。1、光學(xué)性質(zhì)納米材料的尺寸小

于光波波長的尺寸時，即失去了原有的富貴光澤而呈黑色事實(shí)七，所有的金屬住超微顆粒狀態(tài)都呈現(xiàn)為黑色。尺寸越小，顏色愈黑，銀白色的鉑(白金)變成鉑黑，金屬鉻變成鉻黑。由此可見，金屬超微顆粒對光的反射率很低，通常可低于l％，大約幾微米的厚度就能完全消光。利用這個特性可以作為高效率的光熱、光電等轉(zhuǎn)換材料，可以高效率地將太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮堋㈦娔?。此外又有可能?yīng)用于紅外敏感元件、紅外隱身技術(shù)等。2、熱學(xué)性質(zhì)當(dāng)顆粒小于10納米量級時尤為顯著。例如，金的常規(guī)熔點(diǎn)為1064℃，當(dāng)顆粒尺寸減小到l0納米尺寸時，則降低27度，2納米尺寸時的熔點(diǎn)僅為327℃左右；銀的常規(guī)熔點(diǎn)為670℃，而超微銀顆粒的熔點(diǎn)可低于100℃3、磁學(xué)性質(zhì)顆粒小尺寸的超微顆粒磁性與大塊材料顯著的不同，大塊的純鐵矯頑力約為80A／米，而當(dāng)顆粒尺寸減小到20nm微米以下時，其矯頑力可增加1千倍，若進(jìn)一步減小其尺寸，大約小于6nm時，其矯頑力反而降低到零，呈現(xiàn)出超順磁性。利用磁性超微顆粒具有高矯頑力的特性，已作成高貯存密度的磁記錄磁粉，大量應(yīng)用于磁帶、磁盤、磁卡以及磁性鑰匙等。4、力學(xué)性質(zhì)納米晶金屬間化合物的硬度測試值表明，隨著晶粒的減小，在初始階段（類似于純金屬）發(fā)生硬化，進(jìn)一步減小晶粒，硬化的斜率減緩或者發(fā)生軟化。由硬化轉(zhuǎn)變?yōu)檐浕男袨槭窍喈?dāng)復(fù)雜的，但這些現(xiàn)象與樣品的制備方法無關(guān)。材料的熱處理和晶粒尺寸的變化可能導(dǎo)致微觀結(jié)構(gòu)和成份的變化，如晶界、致密性、相變、應(yīng)力等，都可能影響晶粒尺寸與硬度的關(guān)系。5、隧道效應(yīng)

由能帶理論可知，能帶中能級的間距很小，因此可以看作是連續(xù)的，從能帶理論出發(fā)成功地解釋了大塊金屬、半導(dǎo)體、絕緣體之的聯(lián)系與區(qū)別，對納米材料能級間的間距隨顆粒尺寸減小而增大。當(dāng)熱能、電場能或磁場能比平均的能級間距還小時，就會呈現(xiàn)一系列與宏觀物體截然不同的反常特性，稱之為量子尺寸效應(yīng)，例如，導(dǎo)電的金屬在超微顆粒時可以變成絕緣體，磁矩的大小和顆粒中電子是奇數(shù)還是偶數(shù)有關(guān)，比熱亦會反常變化，光譜線會產(chǎn)生向短波長方向的移動，這就是量子尺寸效應(yīng)的宏觀表現(xiàn)。納米材料在催化領(lǐng)域中的研究進(jìn)展由于納米晶粒的比表面積大，表面原子比率大，使體系的電子結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)明顯改變，表現(xiàn)出特殊的電子效應(yīng)和表面效應(yīng)，而摻雜微粒元素改變體系的物理、化學(xué)性質(zhì)則更為有效。如日本學(xué)者林豐治將超細(xì)鎳粒子Ni—UFP(30nm)與Baney—Ni催化環(huán)辛二烯加氫生成環(huán)辛烯的反應(yīng)進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)前者比后者活性高2倍以上，選擇性高5倍以上。納米材料在催化領(lǐng)域中的研究進(jìn)展從目前研究來看，納米粒子對催化氧化、還原、聚合、裂解、異構(gòu)等反應(yīng)都具有很高的活性和選擇性，對光解水制氫和一些有機(jī)合成反應(yīng)也有明顯的光催化活性。國際上已把納米材料催化劑稱為第四代催化劑。它在催化中的應(yīng)用更為催化工作者展示了一個趣味盎然富有活力的研究領(lǐng)域。納米材料在催化領(lǐng)域中的研究進(jìn)展納米粒子催化劑的研究現(xiàn)狀從現(xiàn)有的制備技術(shù)上看，納米催化劑有以下幾種類型，◆金屬納米粒子催化劑，如鉑、鈀、銠、銀、鈷、鐵等納米粒子催化劑。◆金屬氧化物納米粒子，如ZnO、Ti02、MgO、NiO等納米粒子催化劑。

◆金屬氧化物為載體的催化劑。納米材料在催化領(lǐng)域中的研究進(jìn)展納米催化劑的制備方法

化學(xué)法

物理法納米材料在催化領(lǐng)域中的研究進(jìn)展化學(xué)法納米催化劑的制備方法◆溶膠一凝膠法

溶膠—凝膠法一般是以金屬鹽或半金屬鹽做前驅(qū)體，將適當(dāng)?shù)耐檠趸锶缢募籽趸柰榕c水、酸性或堿性催化劑和共溶劑在攪拌或超聲下，進(jìn)行水解和縮聚反應(yīng)形成Si02三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。在成膠的過程中，引入的金屬組分包埋在三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中。再進(jìn)行凝膠的老化過程，即將凝膠浸于液體中，聚合反應(yīng)繼續(xù)，凝膠的強(qiáng)度增加。最后通過干燥，將溶劑從相互交聯(lián)的多孔網(wǎng)格中蒸發(fā)掉，最后得到納米尺寸的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。納米材料在催化領(lǐng)域中的研究進(jìn)展化學(xué)法納米催化劑的制備方法◆電化學(xué)沉積法以鋁在4％磷酸介質(zhì)中直流電解形成的分布均勻的多孔氧化鋁膜為模板，放人鎳鹽進(jìn)行交流電沉積，并通過化學(xué)鍍鎳得到鎳，將鍍覆好的樣品剪去四周邊緣，置于氫氧化鉀溶液中，溶解掉末氧化的基質(zhì)鋁及部分氧化鋁，制備得到鎳納米線電極。鎳納米線電極表面分布著直徑為70—80nm的納米線。鎳納米線電極對乙醇氧化有較高的催化活性。納米材料在催化領(lǐng)域中的研究進(jìn)展化學(xué)法納米催化劑的制備方法◆水解法

水解法是以無機(jī)鹽和金屬醇鹽與水反應(yīng)得到氫氧化物和水化物的沉淀，再加熱分解的方法?！舫恋矸ú捎贸恋矸ㄖ苽淞艘詥尉Ч铻橹蔚牧蛩峄趸N納米晶薄膜，用于催化輕質(zhì)烯烴的異化。將0.1108g(0.667mmol)的對苯二甲酸(H2BDC)溶于5ml1mol/L的NaOH溶液中，攪拌直至完全溶解后,逐滴加入1mol/L的鹽酸溶液調(diào)PH至中性；將0.595g(2mmol)的Zn(NO3)2·6H2O溶于5ml去離子水中。充分混合上述兩溶液并攪拌10min，得到白色粉末狀固體。抽濾，樣品分別進(jìn)行水洗(3×10ml)和醇洗(3×10ml)，70℃真空干燥4h。

納米材料在催化領(lǐng)域中的研究進(jìn)展物理法納米催化劑的制備方法◆惰性氣體蒸發(fā)法惰性氣體蒸發(fā)法是在低壓的惰性氣體中，加熱金屬使其蒸發(fā)后形成納米微粒?！魵潆娀〉入x子體法納米材料在催化領(lǐng)域中的研究進(jìn)展納米催化劑的應(yīng)用◆納米催化劑在加氫催化反應(yīng)中的應(yīng)用△1—己烯催化加氫制己烷納米鈀(5nm)負(fù)載于Ti02上得率為100％，催化劑只能得到29．7％的己烷、21．6％的己烯異構(gòu)體和48．7％的1—己烯?！鞣紵N加氫反應(yīng)納米鎳、鈰在氣相苯加氫反應(yīng)中具有高的選擇性和熱穩(wěn)定性。△丁二烯選擇性加氫反應(yīng)納米鈀／A1203加氫活性和選擇性明顯高于化學(xué)浸漬法制備的鈀／A1203。納米材料在催化領(lǐng)域中的研究進(jìn)展納米催化劑的應(yīng)用◆納米材料在電催化反應(yīng)中的應(yīng)用△Ni—Mo等合金納米晶催化劑，替代金屬鉑應(yīng)用于析氫反應(yīng)中，取得很好的效果?！縻K納米材料電催化有機(jī)酸還原反應(yīng)納米材料在催化領(lǐng)域中的研究進(jìn)展納米催化劑的應(yīng)用◆納米催化劑在化學(xué)電源中的應(yīng)用△納米催化劑在化學(xué)電源中應(yīng)用研究主要集中在把納米輕燒結(jié)構(gòu)體作為電池電極。采用納米輕燒結(jié)體作為化學(xué)電池、燃料電池和光化學(xué)電池的電極，可以增加反應(yīng)表面積，提高電池效率，減輕重量，有利于電池的小型化。例如鎳和銀的輕燒結(jié)體作為化學(xué)電池等的電極已經(jīng)得到了應(yīng)用。納米材料在催化領(lǐng)域中的研究進(jìn)展納米催化劑的應(yīng)用◆納米催化劑在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用△

銳鈦礦型納米TiOx是具有優(yōu)良的光催化性能的催化劑，在環(huán)境保護(hù)方面取得了很好的效果。利用人工采光和納米氧化鈦催化劑，能將工業(yè)廢液和污染地下水中的多氯聯(lián)苯類分解為C02和水。迄今已知，納米TiO2能處理80多種有毒化合物，包括難以用生物降解法處理的紡織印染工業(yè)和照相工業(yè)的污染物、有毒溶劑、農(nóng)藥、木材防腐劑、染料及燃料油等。納米材料在催化領(lǐng)域中的研究進(jìn)展納米催化劑展望對納米催化劑的制備和應(yīng)用研究已經(jīng)引起了國內(nèi)外專家學(xué)者的極大關(guān)注，也取得相當(dāng)?shù)某删?，但在納米催化劑的制備實(shí)現(xiàn)工業(yè)化、商品化上，需要進(jìn)一步深入研究。主要表現(xiàn)在：(1)現(xiàn)有的制備技術(shù)還不夠成熟，已取得的成果還停留在實(shí)驗(yàn)室和小規(guī)模生產(chǎn)階段，對生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大時涉及到的工程技術(shù)問題認(rèn)識不夠；(2)能夠工業(yè)化生產(chǎn)納米催化劑的設(shè)備有待進(jìn)一步研究和改進(jìn)，以提高產(chǎn)量并降低粉末的成本；(3)納米催化劑的性能穩(wěn)定控制技術(shù)尚未掌握，粉末在空氣中極易氧化、吸濕和團(tuán)聚，性能很不穩(wěn)定，給為納米催化劑的工業(yè)化應(yīng)用帶來了障礙，并且降低了其使用性能。這些問題是今后研究納米催化