纳米材料与纳米催化剂

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1、纳米材料与纳米催化剂丁春华海南大学材料与化工学院主要内容什么是纳米材料纳米材料的特性纳米材料的制备与应用纳米催化剂什么是纳米材料1990年美国商业机器公司借助扫描隧道显微镜，在一小片镍晶体上用35个氙原子写出了该公司名称的缩写字母“IBM”，轰动全球。从此开创了一个崭新的纳米世界。什么是纳米材料跳蚤头发红细胞病毒从宏观世界到微观世界Pt/TiO2催化剂什么是纳米材料纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围或由它们作为基本单元构成的材料。如果按维数，纳米材料的基本单元可以分为三类：零维（纳米颗粒），指在空间三维尺度均在纳米尺

2、度,如纳米尺度颗粒、原子团簇等；一维（纳米纤维），指在空间有两维处于纳米尺度，如纳米丝、纳米棒、纳米管等；二维（纳米薄膜），如纳米膜材料；三维（纳米块体），如超晶格等。纳米材料概念的界定和分类纳米齿轮纳米轴承1996年，IBM公司利用分子组装技术，研制出了世界上最小的“纳米算盘”，该算盘的算珠由球状的C60分子构成。美国佐治亚理工学院的研究人员利用纳米碳管制成了一种崭新的“纳米秤”，能够称出一个石墨微粒的重量，并预言该秤可以用来称取病毒的重量。称量单个原子重量的“纳米秤”纳米材料的特性四大特点:尺寸小、比表面积大、表面能高、表面原子

3、比例大。四大效应:小尺寸效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应、表面效应。纳米材料特性取决于制备方法。◆量子尺寸效应：电子能级间距E：费米能级N：微粒总导电电子数d：颗粒的直径◆小尺寸效应粒子的粒径小于光波的波长，则粒子是透明的。因此光学、磁学、声学和力学性质发生变化。◆表面效应纳米粒子由于粒径小，比表面积大，表面原子占有率高，表面活性高。一般规律10nm，表面原子占有率20%。1nm，表面原子占有率99%。◆宏观量子的隧道效应微观粒子具有贯穿势垒的能力，称隧道效应。是未来微电子器件的基础，考虑微电子器件进一步微型化的极限，微电子器

4、件进一步细微化，必须要考虑上述量子效应。◆熔点降低Au1064℃2nmAu327℃Cu327℃20nmCu39℃Ag900℃纳米Ag100℃◆表面积增大，表面能增大例如Cu粒径表面积(m2/g)表面能(J/mol)100nm6.659010nm6659001nm66059000◆化学活性高高催化活性的催化剂，与普通催化剂相比，催化活性提高到几十倍到上百倍。经固相反应可得到新的物种。纳米粒子制备方法物理法化学法粉碎法构筑法沉淀法水热法溶胶－凝胶法冷冻干燥法喷雾法干式粉碎湿式粉碎气体冷凝法溅射法氢电弧等离子体法共沉淀法均相沉淀法水解沉淀

5、法纳米材料的制备方法气相反应法液相反应法气相分解法气相合成法气－固反应法其它方法(如球磨法)单壁纳米碳管的低成本合成、生长机理及其物性研究Thelow-costsynthesis,growthmechanism,andphysicalpropertiesofsingle-walledcarbonnanotubes单壁纳米碳管（Single-walledCarbonNanotubes，SWNTs）是纳米碳管的极限形式，具有较高的理论和应用研究价值。但SWNT的合成十分困难，据文献报道，较为有效的合成方法仅有激光蒸发法和电弧放电法。本研

6、究采用有机物催化热解法，以苯为碳源、二茂铁为催化剂、氢气为载气、含硫化合物为生长促进剂，在卧式反应炉中合成SWNT。纳米材料的制备与应用沸石多孔材料中半导体纳米团簇生长过程的研究AStudyonFormingProcessofSemiconductorNanoclustersinZeolite具有低维或超细特点的半导体材料与半导体体材料有着截然不同的特异性能。材料的光电子性能和各种量子效应都将发生显著的变化。制备团簇材料是发展半导体材料的一条重要途径。团簇即由几个到几百个原子或分子所构成的集合体。其尺寸一般为埃数量级.。这种材料具有

7、低维半导体的基本特性。沸石多孔材料中具有许多纳米数量级的网眼。通过离子交换可以在这些网眼中制备具有低维性、均匀性和稳定性的团簇。纳米材料的制备与应用纳米光电功能材料的制备及其应用PreparationandApplicationsofNanoscalePhoto-ElectricFunctionalMaterials（1）采用超分子模板法和分子自组装方法制备出了光致变色性能优良的无机/有机复合纳米功能材料。（2）利用光助合成法制备出了颗粒均匀的新型高效多功能TiO2纳米材料。（3）采用胶体化学方法制备了光致变色性能优异的无机复合纳米

8、材料。（4）利用模板法制备了三氧化钼层状材料和钨多孔材料。纳米材料的制备与应用纳米微粒无机固体电解质薄膜离子导电机理Ionicconductivitymechanismofnanostructuredinorganicsolidele