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纳米核壳结构简介

纳米核壳结构简介
纳米核壳结构简介

核壳结构微纳米材料应用技术

摘要 (2)

1核壳型纳米粒子的定义及分类 (2)

1.1 核壳型纳米粒子定义 (2)

1.2 核壳型纳米粒子分类 (2)

2 核壳结构微纳米材料形成机理 (3)

3有机—有机核壳结构微纳米材料制备 (3)

3.1乳液聚合法 (3)

3.2悬浮聚合法 (3)

4有机—无机核壳结构微纳米材料制备 (4)

4.1无皂聚合法 (4)

4.2化学共沉淀法 (4)

5无机—无机核壳结构微纳米材料制备 (4)

5.1种子沉积法 (5)

5.2水热法 (5)

6 核壳结构微纳米材料的应用 (6)

6.1 核壳结构微纳米材料的医学应用 (6)

6.2 核壳结构微纳米材料作为催化剂 (6)

参考文献 (7)

摘要

纳米科学被认为是21世纪头等重要的科学领域,它所研究的是人类过去从为涉及的非宏观、非围观的中间领域,使人们改造自然的能力延伸到分子、原子水平,标志这人类的科学技术进入了一个新的时代。纳米结构由于既有纳米微粒的特性如量子效应、小尺寸效应、表面效应等优点,又存在由纳米结构组合引起的新效应,如量子耦合效应和协同效应等,而且纳米结构体系很容易通过外场(电、磁、光)实现对其性能的控制。核壳型纳米微粒由于表面覆盖有与核物质不同性质纳米粒子,因此表面活性中心被适当的壳所改变,常表现出不同于模板核的性能,如不同的表面化学组成、稳定性的增加、较高的比表面积等,这些粒子被人为设计和可控制备以满足特定的要求。

关键词:纳米核壳纳米材料的应用

1核壳型纳米粒子的定义及分类

1.1 核壳型纳米粒子定义

核壳型纳米粒子是以一个尺寸在微米至纳米级的球形颗粒为核,在其表面包覆数层均匀纳米薄膜而形成的一种复合多相结构,核与壳之间通过物理或化学作用相互连接。广义的核壳材料不仅包括由相同或不同物质组成的具有核壳结构的复合材料,还包括空球、微胶囊等材料。

核壳型复合微球集无机、有机、纳米粒子的诸多特异性质与一体,并可通过控制核壳的厚度等实现复合性能的调控。通过对核壳结构、尺寸剪裁,可调控它们的磁学、光学、电学、催化等性质,因而有诸多不同于单组分胶体粒子的性质。他在材料学、化学组装、药物输送等领域具有极大的潜在应用价值。

1.2 核壳型纳米粒子分类

(1)无机—无机核壳结构微纳米材料:核壳均为无机材料的复合微纳米材料。

(2)无机—有机核壳结构微纳米材料:核为有机材料,壳为无机材料的复合微纳米材料。

(3)有机—无机核壳结构微纳米材料:核为无机材料,壳为有机材料的复合微纳米材料。

(4)有机—有机核壳结构微纳米材料:核壳均为有机材料的复合微纳米材料。

(5)复杂核壳结构微纳米材料:具有多层核壳结构,核壳多分分分别为有机或者无机材料。

2 核壳结构微纳米材料形成机理

目前核壳型复合微球的形成机理主要有化学键作用、库伦力静电引力作用、吸附层媒介作用机理、过度饱和机理等。颗粒表面的包覆,无论是有机还是无机,一般均认为由以上4种机理形成,也可能几种机理同时存在。

3有机—有机核壳结构微纳米材料制备

有机—有机核壳结构复合材料分为微球和微囊,微球和微囊因其特殊尺寸和特殊结构在许多重要领域起到了特殊而关键的作用。微球的主要功能有以下几个方面:(1)微存储器。(2)微反应器。(3)微分离器。(4)微结构单元。

3.1乳液聚合法

3.1.1乳液聚合机理

(1)胶束成核机理:引发剂分解,自由基进入胶束引发聚合反应,场所在胶束里进行。胶束不断捕捉单体,从而进行胶束溶胀,最后成核完全,制备出微球。此机理一般适用于疏水性的单体乳液聚合。在加入引发剂前,聚合体系有单体液滴、单体溶胀胶束以及水相组成,水相中有自由乳化剂和极少量的单体。在体系内加入引发剂后,引发剂在水相中分解成活性种,在引发单体成单体初级自由基。初级自由基或立即被溶胀胶束捕捉,或在水相中与溶解与水的单体聚合成长为低聚物自由基后被溶胀胶束捕捉。然后聚合反应将一直在溶胀胶束中进行,形成单体—聚合物微球。

(2)均相成核机理:假设核在水相中生成的。引发剂在水中分解成活性种,再引发单体成单体初级自由基后,与溶解在水中的单体聚合,聚合到临界链长大后,低聚合自由基变从水相中沉淀出来而形成核。

3.1.2乳液法制备有机—有机核壳粒子

李俊峰等人以戊二醇为交联剂,采用乳化交联的方法来制备CS/n-HA复合微球。他们认为其形成的主要是基于CS和戊二醛的Schiff碱反应。谢敏等以硫酸铵为引发剂,用种子乳液聚合方法,合成出以聚苯乙烯为核,聚甲基丙烯酸甲酯为壳的复合乳液。

3.2悬浮聚合法

3.2.1浮聚合机理

悬浮聚合系统由疏水性单体、水、稳定剂以及疏水性引发剂构成。含有引发剂的单体油滴常由机械搅拌的方式来制备,分散剂吸附在油滴的表面而使其稳定。

3.2.2浮聚合制备有机—有机核壳材料

Ma Guanghui等制备了尺寸均一的聚氨酯/聚丙烯酸酯、聚氨酯/聚苯乙烯复合微球。具体方法是:将聚氨酯预聚物与苯乙烯或丙烯酸酯均匀混合制备成油相,将MST-1和SLS溶于水,用于水相,再用膜乳化法制备O/W型乳液后,加入增链剂(二胺)/乙酸乙酯溶液,边搅拌边反应1h后,将乳液移入聚合反应器,通入氮气1h后,升温到70℃,聚合搅拌速度为150r/min。

4有机—无机核壳结构微纳米材料制备

有机—无机核壳材料中由于有机物和无机物的亲和性较差,其微球的制备并不容易,必须采用特殊的制备策略。此外,将无机颗粒均匀地分散在高分子微球内也是一项较困难的工作。有机—无机核壳微球可采用微球的制备方法包埋,但是往往包埋的结构会不理想。因此,很多学者开发了一些特殊的包埋法,如:无皂聚合法、化学共沉淀法、表面接枝法等。

4.1无皂聚合法

无皂乳液聚合是以无机纳米颗粒为核,油滴内的单体通过向水相扩散,在水中或胶束中进行聚合形成寡聚物或一次颗粒沉淀在无机颗粒表面,表面的聚合物进一步吸收单体并聚合,最后形成高分子膜包覆在无机颗粒的表面。但是,由于无机颗粒和聚合物的亲和性不好,寡聚物或一次颗粒往往不沉淀在无机颗粒表面,而独自形成不含无机颗粒的高分子微球。因此,包埋无机纳米颗粒的关键在于如何提高无机颗粒和聚合物的亲和性,如何使聚合在无机纳米微粒表面发生。一般通过使引发剂在无机颗粒表面,从而限制聚合反应只能在无机纳米颗粒表面进行;或通过反应性乳化剂处理无机纳米颗粒表面,使聚合反应较容易进行。

周春华等人通过NaUA(十一烯酸钠)表面改性的四氧化三铁磁性胶体粒子为种子,采用无皂乳液聚合方法原位聚合出了四氧化三铁/P(NaUA-St-BA)核壳纳米磁性复合粒子。制备过程是将适量的St和BA、2%的NaUA和去离子水,搅拌均匀后,升温至60℃,滴加规定量浓度的KPS溶液,控制反应温度在75℃~80℃,在氮气保护下聚合6小时停止反应,便得到P(NaUA-St-BA)乳液。

4.2化学共沉淀法

化学共沉淀法的制备通常在聚合物胶体的存在的条件下,用无机粒子的有机盐溶液对聚合物胶体表面进行渗透,使之在有机物表面直接反应生成无机粒子,从而得到无机材料包裹聚合物的杂化微球。

Song等人在2004年报道的把St和丙烯酸共聚得到带有负电荷的胶体微球的乳液,加入硝酸银溶液及环六亚甲基四胺和乙烯吡咯烷酮溶液,带有负电的乳胶球吸附银离子,而随后加入还原剂使银离子直接在聚合物表面发生氧化还原反应生成银纳米粒子,得到PSA/Ag核壳材料。随后进一步运用定向沉积法,在已形成的PSA/Ag核壳粒子表面包覆了一层二氧化钛,形成PSA/Ag/TiO2双层包覆结构,再煅烧后最终形成Ag/TiO2空球壳。

5无机—无机核壳结构微纳米材料制备

无机-无机核壳纳米材料是核壳纳米材料中重要的一个分支。由于其特殊的复合结构,无机-无机核壳结构的复合材料常表现出优于单组分纳米材料的光、电、磁和催化等性质,因而受到广泛关注。无机-无机核壳纳米材料可以是氧化

物/氧化物、金属/氧化物、金属/金属、氧化物/金属等,也可以是核壳中空结构、核壳中空可移动结构等。不同的无机-无机核壳纳米材料在不同的领域有广泛应用如可以作为陶瓷、催化剂、药物载体、红外隐身材料等。它的制备方法和无机纳米材料的制备一样可以分为液相法、固相法和气相法。液相法包括水热法、种子沉积法、微乳液法等;气相法包括气溶胶高温分解法等。通过沉积和表面反应以及纳米粒子表面的可控组装,来得到无机-无机核壳纳米材料。

5.1种子沉积法

种子沉积法是以要包埋的核材料为种子或中心,处理或者不经过任何处理,将其分散到壳材料的溶液中,然后对壳材料溶液进行沉淀。由于搅拌、吸附、表面活性、晶格缺陷等作用,沉淀在核表面进行沉积,然后生长,最后长大完成对核材料的包覆。

胡梦等利用化学水沉积法,在单分散的二氧化硅球表面包覆CdS,制备SiO2/CdS核壳结构。实验中他们通过改变反应物质的量以及反应温度等条件,得到了具有不同核壳比的SiO2/CdS核壳结构。反应机理是:SiO2小球表面带有负电荷,能吸引镉离子的柠檬酸三钠络合物中释放出的镉离子。而镉离子沉积到SiO2表面出现了多余的正电荷。这些正电荷则会吸引由硫脲水解生成的硫离子,使其也沉积到SiO2表面,从而与镉离子形成CdS。

采用沉积法进行核壳纳米材料的制备,简单、方便、成本低,但也有重大缺陷。使用此方法若无严格的理论基础或形成机理,比如键合作用、凝聚作用、静电作用等,能不能制备出包覆完整、形貌较好的核壳纳米颗粒无法肯定。因此,该方法并不成熟。

5.2水热法

水热法制备无机纳米颗粒的机理,通常被认为是在密闭高压釜内高温、高压环境中,采用水作为反应介质,使通常难溶或不溶的前驱物溶解,从而使其反应和结晶。水热法合成的产物有如下特点:粉体的晶粒发育完整,粒径小且分布均匀,团聚程度轻,易得到合适的化学计量比和晶粒的形态;可用较便宜的原料;省去了高温煅烧和球磨,避免了杂质的引入和结构缺陷等。水热法设备简单、操作简便、产物产率高、结晶良好,在合成纳米材料方面表现了良好的多样性,得到了越来越多的应用。

苗成的我难过以氯化铜为铜源,六次甲基四胺(HMT)作还原剂和碳源,十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)作表面活性剂,在水热条件下合成了一堆Cu/C核壳结构纳米复合材料。制备方法是:称取氯化铜,六次甲基四胺(HMT),十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)放入烧杯中。加入蒸馏水,充分搅拌后再加入氨水,搅拌。所得混合液移入带有聚四氟乙烯内衬的水热反应釜中进行水热反应。所得沉淀用去离子水、无水乙醇离心洗涤数次后,除去杂质与有机物,干燥得最后产物。

6 核壳结构微纳米材料的应用

目前,微纳米材料作为载药微球在医学与生物工程上有广阔的发展前景,因此成为国内外广泛研究的热点;此外,在催化剂、燃料电池以及其他方面,核壳结构微纳米材料都有重要的应用。

6.1 核壳结构微纳米材料的医学应用

6.1.1核壳结构微纳米材料作为药物载体的目的

药物载体是将药物包埋在微球微囊内或负载在微球表面。用微球和微囊技术包埋药物,可以提高药物在体内的半衰期、保护药物、提高靶向性、改变药物在体内的分布、提高药物的吸收、实现脉冲式放压等。

6.1.2核壳结构微纳米材料作为药物载体的应用

常用的有机载体材料分为天然高分子材料及其衍生物、合成高分子材料。毛世瑞等以可溶性淀粉为载体材料、以对苯二甲酰氯为交联剂,在环己烷、Span80乳化体系中制备出空白淀粉微球,然后用包埋法制备了含药微球,此微球粒径为30微米到60微米,适用于鼻腔给药,并具有明显的缓释作用。雷呈志采用微囊技术将海藻酸钠微球包裹达那哇药物,制备成携带靶药的血管栓塞剂,即达那哇海藻酸钠微球,在血管介入栓塞治疗子宫肌瘤的同时,通过达那哇体内缓慢匀速释放靶药以期增加疗效。

6.2 核壳结构微纳米材料作为催化剂

催化剂在提供燃料、精细化学试剂和加强环境保护方面起到非常关键的作用。核壳结构的纳米粒子作为催化剂有着组成、粒径、形貌和表面性质可调的优点,这些特性极大的增强了设计和控制纳米催化材料活性的能力。目前研究最多的是无机-无机、有机-无机和无机-有机核壳结构纳米材料作文催化剂,对于无机-无机核壳纳米材料,研究最多的是金属-金属纳米结构的催化应用。

6.2.1光催化剂

由于具有较高的活性、低成本及抗光腐蚀的稳定性,使得纳米二氧化钛在近几十年来被广泛应用于处理环境问题。二氧化钛有较高的禁带宽度,只能被波长小于387nm的紫外光激发,这就限制了其在太阳光中的应用。二氧化钛只能吸收紫外光,所以需要借助能够吸收可见光部分的分子来对其做改性,以便有效地吸收阳光。通过研究,二氧化钛的过渡金属和非金属参杂引起了广泛关注。其中,从理论上说又以钒的参杂较为有效,此时二氧化钛导带能级降低,这主要是因为钒3d电子的能级要低于二氧化钛3d电子的能级。如徐晶晶等采用水热法在温和条件下制备了V参杂的TiO2/活性炭光催化剂。

6.2.2汽车尾气催化

我国是世界上稀土资源最丰富的国家,研究开发稀土纳米技术并将其应用于汽车尾气净化材料,将具有广阔的前景。纳米稀土催化剂具有较高的催化活性。纳米稀土汽车尾气净化催化剂是一种结合纳米材料高表面活性于稀土在催化剂中的催化助剂的特点而制备的一种新型高效的汽车尾气净化催化剂。

用纳米稀土粒子取代三效催化剂中的常规稀土化合物可以提高汽车尾气中CO、NOx和CH的转化率。纳米氧化铈/氧化锆的二元和三元复合粉体尤其是核壳结构的复合纳米材料,目前作为三效催化剂中的第二载体,已被国外广泛用于环保领域。而更新一代的纳米复合稀土氧化物催化剂将在汽车发动机气缸内发挥催化作用,使汽油在燃烧时不产生CO和NOx,无需尾气净化处理。

6.2.3 水处理

目前用于水处理的纳米材料主要可以分为纳滤膜材料、光催化材料、纳米还原性材料和纳米吸附性材料4种。

纳滤膜是介于反渗透和超滤之间的一种压力驱动器,孔径范围为1nm到5nm,具有操作压力低、浓缩水排放少、出水优质等优点。纳滤膜对中性溶质分子的分离主要依据筛分子效应,对于荷电离子的分离主要是由于筛分效应和电荷效应的共同作用。纳米光催化材料通常都是半导体材料,纳米半导体粒子所具有的量子尺寸效应使其导带和价带能级分立,能隙变宽,导带电位变得更负,而价带变得更正。当价带粒子受到能量高于禁带宽度的光子照射后,价带粒子将迁移到导带上。使导带上产生高活性电子,而价带上产生空穴,从而形成电子/空穴对的氧化还原体系。同时由于纳米微粒的尺寸很小,光生载流子可通过简单的扩散迁移到粒子表面,与电子给体或受体发生氧化还原反应。纳米吸附材料的孔径为纳米级,具有大的比表面积和大的比表面能,易于吸附其他物质而稳定下来,具有很好的化学活性,是一种理想的固相萃取吸附剂。

6.3核壳结构微纳米材料作为隐身材料

在功能纳米材料中,有种材料因其特殊的性质在军事上有着极为重要的应用,那就是电磁波吸收材料。所谓吸波材料,指的是材料将电磁波吸收后,通过自然共振、畴壁共振、磁滞损耗、介电损耗等机理,将电磁波能量转化为热能或者其他形式的能量,从而降低其反射率,达到躲过探测的效果。Sangeeta Thakur等通过微乳液法制备出核壳结构的磁性和导电纳米PANI/镍锌铁氧体,研究发现其具有不错的吸波性能

参考文献

[1]张立新.氧化铕等空/实心微球的制备和表征[D].合肥:中国科学技术大学博士学位论文,2005

[2]Zhang lixin,Luo jin, High-Yeild Synthesis of Single-Crystal Eu2O3Nanorods Through a Facile Sol-gel Template Approach.Journal of Crystal growth,2007(309):192-196.

[3]周兴,刘亚青,孙友谊等.HDPE/Fe3O4纳米复合材料制备及力学性能研究,工程塑料应用,2008,(7):18-22.

[4]Suslick K S.The yearbook of science and the future.Chicago:Encyclopaedia Britannica,1994.

[5]张立新,张韧等.ZnS:锰二价离子/聚苯乙烯核壳及ZnS:锰二价离子中空微球制备和光谱性质.化学物理学报,2005,18(4):609-613.

二氧化钛及其应用

编辑本段

编辑本段应用特性 纳米TiO2的功能及用途 纳米TiO2具有十分宝贵的光学性质,在汽车工业及诸多领域都显示出美好的发展前景。纳米TiO2还具有很高的化学稳定性、热稳定性、无毒性、超亲水性、非迁移性,且完全可以与食品接触,所以被广泛应用于抗紫外材料、纺织、光催化触媒、自洁玻璃、防晒霜、涂料、油墨、食品包装材料、造纸工业、航天工业中。 2.1.杀菌功能 在紫外线作用下,以0.1mg/cm3浓度的超细TiO2可彻底地杀死恶性海拉细胞,而且随着超氧化物歧化酶(SOD)添加量的增多,TiO2光催化杀死癌细胞的效率也提高;用TiO2光催化氧化深度处理自来水,可大大减少水中的细菌数,饮用后无致突变作用,达到安全饮用水的标准。在涂料中添加纳米TiO2可以制造出杀菌、防污、除臭、自洁的抗菌防污涂料,可应用于医院病房、手术室及家庭卫生间等细菌密集、易繁殖的场所,可有效杀死大肠杆菌、黄色葡萄糖菌等有害细菌,防止感染。因此,纳米TiO2能净化空气,具有除臭功能。 1)纳米二氧化钛抗菌特点: 1 对人体安全无毒,对皮肤无刺激性。 2 抗菌能力强,抗菌范围广。 3 无臭味、怪味,气味小。 4耐水洗,储存期长。 5热稳定性好,高温下不变色,不分解,不挥发,不变质。

6即时性好,纳米二氧化钛抗菌剂仅需1h就能发挥效果,而其他银系抗菌剂效果则需约24h。 7纳米二氧化钛是一种永久性维持抗菌效果的抗菌剂。 8具有很好的安全性,科用于食品添加剂等,与皮肤接触无不良影响。 2)纳米二氧化钛的抗菌原理: 纳米二氧化钛在光催化作用下使细菌分解而达到抗菌效果的。由于纳米二氧化钛的电子结构特点为一个满 TiO2的价带和一个空的导带 ,在水和空气的体系中 , 纳米二氧化钛在阳光尤其是在紫外线的照射下 ,当电 子能量达到或超过其带隙能时 ,电子就可从价带激发到导带 ,同时在价带产生相应的空穴 ,即生成电子、空穴对 ,在电场的作用下 ,电子与空穴发生分离 ,迁移到粒子表面的不同位置 ,发生一系列反应 : TiO2 + hν e —— + h H2O + h——·OH+ H O2 +e——O2 · O2 ·+ H——HO2· 2HO2· —— O2 + H2O2 H2O2 +O2 · ——·OH+OH +O2 吸附溶解在 TiO2 表面的氧俘获电子形成O2 ·, 生成的超氧化物阴离子自由基与多数有机物反应(氧化) ,同时能与细菌内的有机物反应 ,生成CO2和 H2O;而空穴则将吸附在 TiO2 表面的 OH 和H2O氧化成·OH,·OH 有很强的氧化能力 ,攻击有机物的不饱和键或抽取 H原子产生新自由基 ,激发链式反应 ,最终致使细菌分解。 TiO2 的杀菌作用在于它的量子尺寸效应 ,虽然钛白粉(普通 TiO2)也有光催化作用 ,也能够产生电子、空穴对 ,但其到达材料表面的时间在微秒级以上 ,极易发生复合 ,很难发挥抗菌效果,而达到纳米级分散程度的TiO2 ,受光激发的电子、空穴从体内迁移到表面 ,只需纳秒、皮秒、甚至飞秒的时间 ,光生电子与空穴的复合则在纳秒量级 ,能很快迁移到表面 ,攻击细菌有机体 ,起到相应的抗菌作用。 惠尔牌纳米二氧化钛具有很高的表面活性,抗菌能力强,产品易于分散。经试验表明,惠尔牌纳米二氧化钛对绿脓杆菌、大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、沙门氏菌和曲霉菌等具有很强的杀菌能力,已广泛应用于纺织、陶瓷、橡胶、医药等领域的抗菌产品,深受广大用户的欢迎。 3)国内外对纳米二氧化钛抗菌性的研究及应用实例 1 农田抗菌剂:日本开发了一种新型无菌杀菌剂。其主要成分为纳米二氧化硅、纳米二氧化钛和银、铜等离子,可用于土壤中,对所有的细菌都有很强的抗菌性。改杀菌剂是陶瓷类微量混合金属离子,并在含有相同离子的催化剂作用下,具有使土壤中的氧活化之功能,该功能能持续时间长达2-5年。

纳米核壳结构简介

核壳结构微纳米材料应用技术 摘要 (2) 1核壳型纳米粒子的定义及分类 (2) 1.1 核壳型纳米粒子定义 (2) 1.2 核壳型纳米粒子分类 (2) 2 核壳结构微纳米材料形成机理 (3) 3有机—有机核壳结构微纳米材料制备 (3) 3.1乳液聚合法 (3) 3.2悬浮聚合法 (3) 4有机—无机核壳结构微纳米材料制备 (4) 4.1无皂聚合法 (4) 4.2化学共沉淀法 (4) 5无机—无机核壳结构微纳米材料制备 (4) 5.1种子沉积法 (5) 5.2水热法 (5) 6 核壳结构微纳米材料的应用 (6) 6.1 核壳结构微纳米材料的医学应用 (6) 6.2 核壳结构微纳米材料作为催化剂 (6) 参考文献 (7)

摘要 纳米科学被认为是21世纪头等重要的科学领域,它所研究的是人类过去从为涉及的非宏观、非围观的中间领域,使人们改造自然的能力延伸到分子、原子水平,标志这人类的科学技术进入了一个新的时代。纳米结构由于既有纳米微粒的特性如量子效应、小尺寸效应、表面效应等优点,又存在由纳米结构组合引起的新效应,如量子耦合效应和协同效应等,而且纳米结构体系很容易通过外场(电、磁、光)实现对其性能的控制。核壳型纳米微粒由于表面覆盖有与核物质不同性质纳米粒子,因此表面活性中心被适当的壳所改变,常表现出不同于模板核的性能,如不同的表面化学组成、稳定性的增加、较高的比表面积等,这些粒子被人为设计和可控制备以满足特定的要求。 关键词:纳米核壳纳米材料的应用 1核壳型纳米粒子的定义及分类 1.1 核壳型纳米粒子定义 核壳型纳米粒子是以一个尺寸在微米至纳米级的球形颗粒为核,在其表面包覆数层均匀纳米薄膜而形成的一种复合多相结构,核与壳之间通过物理或化学作用相互连接。广义的核壳材料不仅包括由相同或不同物质组成的具有核壳结构的复合材料,还包括空球、微胶囊等材料。 核壳型复合微球集无机、有机、纳米粒子的诸多特异性质与一体,并可通过控制核壳的厚度等实现复合性能的调控。通过对核壳结构、尺寸剪裁,可调控它们的磁学、光学、电学、催化等性质,因而有诸多不同于单组分胶体粒子的性质。他在材料学、化学组装、药物输送等领域具有极大的潜在应用价值。 1.2 核壳型纳米粒子分类 (1)无机—无机核壳结构微纳米材料:核壳均为无机材料的复合微纳米材料。 (2)无机—有机核壳结构微纳米材料:核为有机材料,壳为无机材料的复合微纳米材料。 (3)有机—无机核壳结构微纳米材料:核为无机材料,壳为有机材料的复合微纳米材料。 (4)有机—有机核壳结构微纳米材料:核壳均为有机材料的复合微纳米材料。 (5)复杂核壳结构微纳米材料:具有多层核壳结构,核壳多分分分别为有机或者无机材料。

纳米二氧化钛项目情况介绍

纳米二氧化钛项目情况介绍 一、产品作用原理 项目产品为纳米二氧化钛(光触媒),产品具有强大的光催化氧化还原能力、化学性质稳定、无毒、无害。在光的作用下,纳米二氧化钛(光触媒)可以产生具有极强氧化作用的超氧离子自由基、羟基自由基,能将甲醛、苯、甲苯、二甲 苯等挥发性致癌有机物以及臭气、细菌、病毒等氧化分解成无害的CO 2和H 2 O。 二、产品用途 纳米二氧化钛(光触媒)广泛应用于室内空气净化、污水处理、涂料、化妆品、塑料、纺织品、陶瓷、玻璃、脱腥嗅、消毒杀菌等领域。例如:在养殖业可用来预防各种动物传播疫病;在纺织业可制作出多种功能纤维,如抗紫外线型、抗菌除臭型、远红外线反射型、拒水防污型等多功能的纺织产品;在油漆领域可制出着色很强的轿车金属闪光面漆和防锈漆;在涂料领域通过添加该产品可制出具有消毒杀菌和空气净化等功能的涂料产品。 三、技术支撑 项目来源: 1.河南省科技攻关项目“太阳能光催化纳米复合材料的合成及净化污水性 能”(0624210001)。 2.河南省重点科技攻关项目“高效可见光光电转换材料组装太阳能电池” (07210220001)。 项目发明专利: 1.纳米掺杂二氧化钛光催化剂的制备方法(ZL 200410060567.4)。 2.高效可见光催化剂及光电转化和发光材料TiOxNyCz的制备方法 (ZL 200610107259.1)。 技术鉴定成果: 1. 《纳米二氧化钛光催化剂的简单制备方法》2005.9 2. 《可见光光电催化材料的制备》2009.5 3. 《光催化处理污水技术》2009.5

四、产品特性 1. 产品为白色粉末,自身无毒、无害、无腐蚀性、可反复使用。 2. 产品粒径在5-30nm之间,产品粒径大小可以控制。 3. 产品的光利用效率大幅度提高,在可见光的作用下,即可有效地氧化分解有害物质,杀灭细菌、病毒和除臭。用于居室、医院、禽畜养殖场的空气净化。 五、技术优势 1. 四氯化钛,氨水,尿素,甲醇,原料廉价易得。 2. 一步法制备,工艺简单,工序短,节能。 3. 粒径分布均匀可控。 4. 太阳光利用效率高,催化活性高。 5. 适合大规模工业化生产。无三废。 6. 该项生产技术已获得两项国家发明专利。

金属纳米晶体的表面与其催化效应

金属纳米晶体的表面与其催化效应 沈正阳 (浙大材料系1104 3110103281) 摘要:概括纳米材料的表面与界面特性,从金属纳米晶体表面活性与结构介绍其的催化性能,简要概述金属纳米晶体形状与晶面的关系以及金属纳米晶体的成核与生长。 关键词:纳米金属;表面活性;催化;高指数晶面 1.纳米材料的表面与界面 纳米微粒尺寸小,表面能高,位于表面的原子占相当大的比例。由于表面原子数增多,原子配位不足及高的表面能,使这些表面原子具有高的活性,极不稳定,很容易与其他原子结合。强烈的表面效应,使超微粒子具有高度的活性。如将刚制成的金属超微粒子暴露在大气中,瞬时就会氧化,若在非超高真空环境,则不断吸附气体并发生反应。[1] 纳米晶体是至少有一个维度介于1到100纳米之间的晶体。纳米材料主要由晶粒和晶粒界面2部分组成,二者对纳米材料的性能有重要影响。纳米材料微观结构与传统晶体结构基本一致,但因每个晶粒仅包含着有限个晶胞,晶格点阵必然会发生一定程度的弹性畸变,其内部同样会存在各种缺陷,如点缺陷、位错、孪晶界等。纳米金属粒子的形状、粒径、颗粒间界、晶面间界、杂质原子、结构缺陷等是影响其催化性能的重要因素。纳米材料中,晶界原子质量分数达15%~50%,晶界上的原子排列极为复杂,尤其三相或更多相交叉区,原子几乎是自由的、孤立的,其量子力学状态和原子、电子结构已非传统固体物理、晶体理论所能解释。金属纳米晶体研究中,发现面心立方结构纳米金属如 Al、Ni、Cu 和密排六方结构Co都存在孪晶和层错缺陷,Cu纳米金属中存在晶界滑移。 2.金属纳米晶体的催化性能 近年来,关于纳米微粒催化剂的大量研究表明,纳米粒子作为催化剂,表现出非常高的催化活性和选择性。这是因为纳米微粒尺寸小,位于表面的原子或分子所占的比例非常大,并随纳米粒子尺寸的减小而急剧增大,同时微粒的比表面积及表面结合能迅速增大。纳米颗粒表面原子数的增加、原子配位的不足必然导致了纳米结构表面存在许多缺陷。从化学角度看,表面原子所处的键合状态或键

纳米二氧化钛(TiO2)光触媒杀菌净化技术介绍

納米二氧化钛光催化技术介绍 纳米光催化采用二氧化钛(TiO2)半导体の效应,激活材料表面吸附氧和水分,产生活性氢氧自由基(OH.)和超氧阴离子自由基(O2-),从而转化为一种具有安全化学能の活性物质,起到矿化降解环境污染物和抑菌杀菌の作用。 纳米二氧化钛(TiO2)光催化利用自然光即可催化分解细菌和污染物,具有高催化活性、良好の化学稳定性、无二次污染、无刺激性、安全无毒等特点,且能长期有益于生态自然环境,是最具有开发前景の绿色环保催化剂之一。 无毒害の纳米TiO2催化材料,充分发挥抗菌、降解有机污染物、除臭、自净化の功能,这类环保型功能材料实施方便、应用性强,能实用到生活空间の多种场合,发挥其多功能效应,成为我们生活环境中起长期净化作用の环保材料。 光催化原理 - 什么是光催化 光催化[Photocatalyst]是光 [Photo=Light] +催化剂 [catalyst]の合成词。主要成分是二氧化钛(TiO2),二氧 化钛本身无毒无害,已广泛用于食品,医药,化妆品等各种 领域。光催化在光の照射下会产生类似光合作用の光催化反应(氧化-还原反应,产生出氧化能力极强の自由氢氧基和活性氧,这些产物可杀灭细菌和分解有机污染物。并且把有机污染物分解成无污染の水(H2O)和二氧化碳(CO2),同时它具有杀菌、除臭、防污、亲水、防紫外线等功能。光催化在微弱の光线下也能做反应,若在紫外线の照射下,光催化の活性会加强。近来, 光催化被誉为未来产业之一の纳米技术产品。 - 光催化反应原理

TiO2当吸收光能量之后,价带中の电子就会被激发到导带,形成带负电の高活性电子e-,同时在价带上产生带正电の空穴h+。在电场の作用下,电子与空穴发生分离,迁移到粒子表面の不同位置。热力学理论表明,分布在表面のh+可以将吸附在TiO2表面OH-和H2O分子氧化成(OH.)自由基,而OH.自由基の氧化能力是水体中存在の氧化剂中最强の,能氧化并分解各种有机污染物(甲醛、苯、TVOC等)和细菌及部分无机污染物(氨、NOX等),并将最终降解为CO2、H2O等无害物质。由于OH.自由基对反应物几乎无选择性,因而在光催化中起着决定性の作用。此外,许多有机物の氧化电位较TiO2の价带电位更负一些,能直接为h+所氧化。而TiO2表面高活性のe-侧具有很强の还原能力,可以还原去除水体中金属离子。应用以上原理光催化广泛应用于杀菌、除臭、空气净化、污水处理等领域。 光催化优势 光催化の空气净化技术优点 1、光催化の优点 -高效杀菌(杀菌率达到99.99%) -除臭功能 -防污/自洁、防霉功能 2、彻底の净化 -是分解而不是吸附污染物; -发生の是质变而不是量变; -对污染物具有不可逆の彻底分解; 3、广泛の净化 -能对室内几乎所有の细菌、病毒和有机污染物起到强效分解作用; -特别是对人们不易感知の细菌和病毒进行彻底分解; 4、实用の净化

双金属核壳结构

双金属核壳结构的制备及催化性能研究 摘要双金属核壳纳米结构由于具有大量的潜在应用价值,近年来已引起人们极大的关注。本文综述了水相体系还原法、多元醇体系还原法、热分解—还原法、化学镀法、胶体粒子模板法、共沉积法、电化学法、表面取代反应和表面处理等双金属核壳纳米结构的制备方法,简述了各种方法的原理、优缺点和应用情况,另外,对双金属核壳纳米结构电催化氧化、有机物加氢、催化脱氯、环境催化方面的应用作了简述。最后,对今后双金属核壳结构型的研究方向进行了展望。 关键词双金属核壳制备方法催化 1 引言 在对高性能新材料的探索过程中,纳米材料以其特殊的优异性能吸引了许多研究者的兴趣,掀起了纳米材料的研究热潮。对应用纳米技术制备具有某种功能的特性的材料来说,有必要寻求可靠、可控的方法纳米材合成料的。核壳结构纳米材料[1](core-shell nanomaterials)是指具有“核壳包裹”这种特殊原子排列方式的纳米复合材料,可看作是对原始纳米粒子的剪裁和改造,通常记作“核@壳”。金属@金属(即核壳双金属)纳米材料因其巨大的催化应用潜力而受到催化学者的广泛关注。 2 双金属核壳结构制备方法 2.1水相体系还原法 在水相中,利用不同还原剂和保护剂,通过先后两次还原不同金属形成核壳结构的纳米合金,这是目前使用最多的一种合成方法。 Yang等[ 2 ]用NaBH4还原合成Ag溶胶,再利用柠檬酸钠溶液热回流使Pt还原并沉积在Ag表面,得到红棕色Ag@Pt溶胶。Zhou等[3 ]在冰浴下,利用NaBH4还原HAuCl4制成Au 纳米溶胶,再逐滴加入H2PdC l4和抗坏血酸,得到深棕色Au @ Pd纳米溶胶。 一般地,水相中连续还原时,壳层金属通常采用较温和的还原剂(如抗坏血酸)以控制还原速率,使其更易更好地实现包覆效果,有时采用冰浴等降温手段效果更好[ 4 ]。 2.2 多元醇体系还原法 多元醇还原法是合成单金属(尤其是贵金属)纳米粒子最简便有效的方法之一,该方法也被用于制备双金属核壳结构。具体方法是:利用液相多元醇体系(多为乙二醇或1, 4-丁二醇)分散金属盐,升温回流使金属离子被多元醇还原并聚集,最终形成金属纳米粒子。该方法制备的金属纳米粒子尺度小,粒度均一,且分散性好。由于制备条件温和,过程简单,多元醇体系中的连续还原法被广泛应用于核壳结构纳米合金的制备中。Alayoglu等[5]采用多元

纳米二氧化钛

纳米二氧化钛光催化性能的测试 一、实验导读 1.半导体光催化剂 半导体介于导体和绝缘体之间,在未激发的具有能带结构的半导体电子结构中,大多数电子处于价带内,而导带内则因能级较高处于电子缺乏状态。导带和价带的过渡区称为带隙或禁带,其能量之差被称为能隙或禁带宽度,用E g表示,E g的大小代表了价带电子跃迁至导带的难易程度。纳米TiO2等半导体的主要特征——宽禁带的存在,其优异独特的电、磁、光学等性质的表现也是由于它的存在而导致的。 宽禁带半导体其价带上的电子一旦受到一个具有高于其禁带宽度能量hv 的光照射后,能使其分子轨道中的电子(e-)离开价带(VB)跃迁到导带(CB)上,并在价带上产生相应的光生空穴(h+),同时在导带上形成光生电子(e-)。在电场的作用下,两者发生分离,纳米半导体粒子因其尺寸很小,光激发产生的电子和空穴很快到达纳米粒子表面,导致原本不带电的粒子表面的二个不同部分出现了极性相反的二个微区——光生电子和光生空穴。价带空穴是良好的氧化剂,导带电子是良好的还原剂,在半导体光催化反应中,与吸附在催化剂表面的污染物分子发生氧化还原反应。 跃迁到导带上的电子和价带上的空穴可能重新复合,并产生热能或以辐射方式散发掉。但是当半导体光催化剂存在表面缺陷、合适的俘获剂、或者电场作用等因素时,电子和空穴的合并就得到了拟制。同时纳米半导体粒子所具有的量子尺寸效应使其导带和价带能级变为分立的能级,能隙变宽,使其电子-空穴对具有更正的价带电位和更负的导带电位,因而具有更高的氧化能力和还原能力。而且粒子越小,电子和空穴达到粒子表面的速度越快,电荷分离效果越好,电子与空穴复合几率反而越小,从而提高了纳米半导

基于局域表面等离激元共振的金属纳米结构折射率传感

基于局域表面等离激元共振的金属纳米结构折射率传感 高灵敏度的折射率传感结构在生物化学传感等领域有着很大的潜在应用价值。因为金属纳米结构在表面等离激元共振(SPR)产生时会有明显的电磁场增强,所以在高灵敏度传感应用上受到广泛关注。 有两种SPR被用于折射率传感应用:传播的SPR(PSPR)和局域的SPR (LSPR)。由于传播SPR传感需要非常光滑的金属表面,所以对加工精度要求高。 因此,本文这里主要讨论基于LSPR的折射率传感。金属纳米结构的尖端在LSPR产生时会有很强的局域电场,因此带有尖端的金属纳米结构传感灵敏度很高。 本文第一部分工作中我们研究了带有四个尖端的X形金属纳米孔阵列结构的LSPR传感。实验和数值模拟的结果均证实了该结构拥有高折射率传感灵敏度。 此外特异介质结构在磁响应共振产生时也会有很强的局域电场,因此他们可以应用于高灵敏度折射率传感。本文余下的工作就是制备用于传感的特异介质结构。 金属纳米环形圆盘结构有很大的局域电场和周围用于传感的电介质环境相 互叠加的空间。X形金属纳米颗粒结构有四个尖端,在LSPR产生时会有很强的局域电场。 所以上面提的这2种结构都有很高的传感灵敏度。基于此,我们制备了由金属纳米环形圆盘、电介质层和金属膜以及由X形金属纳米颗粒、电介质层和金属膜组成的环形圆盘和X形2种特异介质结构。 实验测试和数值模拟证实了这2种结构有着非常高的传感灵敏度。本文的主要工作分为如下几个方面:1.X形金属纳米孔阵列折射率传感带有尖端的金属纳

米结构在产生LSPR共振时有着很强的局域电场。 这一现象使得局域的电场与周围电介质环境的相互作用就很强,因此这种结构有着高传感灵敏度。基于此,我们制备了带有四个相对尖端的X形金属纳米孔阵列结构。 四个尖端的存在使得电场在LSPR产生时被很好的局域和增强了。透射光谱的实验测试结果表明了该结构的折射率传感灵敏度可以达到945nm RIU-1,高于其他诸如圆环形和月亮形这样的拥有高折射率传感灵敏度的金属纳米结构。 我们通过使用电介质支撑柱将X形金属孔阵列支撑起来远离玻璃衬底来增加局域电场与周围用于传感的电介质环境的叠加区域,然后减少尖端间距进一步增强局域电场。经过这两步之后,该结构在近红外区域传感灵敏度达到了非常高的1398nm RIU-1。 这一高传感灵敏度使得该结构在芯片集成高灵敏度生物医学传感和光学集成器件中有很大的潜在应用。2.环形圆盘特异介质折射率传感由于磁共振的产生导致特异介质结构周围有很强的局域电场。 这使得局域的电场与周围用于传感的电介质环境有强相互作用。因此特异介质有很高的传感灵敏度。 环形圆盘金属纳米结构在LSPR共振时比其他如圆盘和球形金属纳米结构有着更大的局域电场与周围用于传感的电介质环境相互叠加的区域,因此该结构有更高的传感灵敏度。基于上面提的这两点,我们制备了在金属膜上由电介质层支撑的金属环形圆盘构成的特异介质结构。 反射光谱的测量表明该结构的传感灵敏度可达到1304nm RIU-1.我们通过增加电介质层的厚度和环形圆盘内半径进一步的增加局域电场和电介质环境相互

金钯核壳结构纳米结构制备

N,N-B i s(2-hydroxyethy l)-2-am i noethanesu lf on i c Ac i d-ass i sted L i qu i d-phase Growth o f Au@Pd Core-She ll Nanopart i c l es w i th H i gh Cata l yt i c Act i v i ty We i Zhang,Hu i p i ng Zhao,Zhong Lu,Fengx i Chen,*and Rong Chen* Schoo l o f Chem i stry and Env i ronmenta l Eng i neer i ng,Wuhan Inst i tute o f Techno l ogy,Wuhan430073,P.R.Ch i na (E-ma il:rchenhku@w i https://www.docsj.com/doc/024954708.html,,f xchen@w i https://www.docsj.com/doc/024954708.html,) Au@Pd core-she ll nanopart i c l es were success f u ll y synthes i zed v i a sequent i a l reduct i on o f Au(III)and Pd(II)sa l ts w i th BES at room temperature.The Au@Pd nanopart i c l es exh i b i ted s i gn i?cant l y h i gher cata l yt i c act i v i ty f or var i ous Suzuk i react i ons than monometa lli c Pd or Au nanopart i c l es.S i ze-dependent cata l yt i c act i v i ty was a l so observed,i.e., the Au@Pd nanopart i c l es o f<10nm showed h i gher act i v i ty. REPRINTED FROM Vol.44No.102015p.1371–1373 CMLTAG October5,2015 The Chemical Society of Japan

Fe3O4CPAM核壳磁性纳米材料的设备制作方法与制作流程

一种Fe3O4CPAM核壳磁性纳米材料的制备方法,包括以下步骤:1、制作FeCl3、乙二醇和醋酸钠的混合溶液,在聚四氟乙烯反应釜中反应。将产物清洗,烘干,得到Fe3O4纳米粒子。2、将Fe3O4纳米粒子酸化后,去离子水清洗。然后制成Fe3O4纳米粒子和葡萄糖的混合溶液,在聚四氟乙烯反应釜反应,将产物清洗,烘干,得到Fe3O4C磁性纳米材料。3、制作Fe3O4C磁性纳米材料、六偏磷酸钠和丙烯酰胺的混合溶液,在聚四氟乙烯反应釜反应,将产物洗涤、烘干得到的Fe3O4CPAM核壳磁性纳米材料为规则圆球状,粒径处于纳米级别。操作简单,颗粒均匀,分散性好,吸附能力强。制作过程环保无污染。 技术要求 1.一种Fe3O4CPAM核壳磁性纳米材料的制备方法,其特征在于包括以下 步骤: 第一步、Fe3O4纳米粒子的制备; 1.1、按照质量比为FeCl3·6H2O:乙二醇:醋酸钠=1.35:83.625:3.6的 比例取FeCl3·6H2O、乙二醇和醋酸钠粉末,制成FeCl3、乙二醇和醋酸钠的混合 溶液; 1.2、使用磁力搅拌器连续磁力搅拌,转速为200rpm,时间1小时; 然后将经过磁力搅拌的FeCl3、乙二醇和醋酸钠的混合溶液超声至完全分散; 1.3、将经过超声的FeCl3、乙二醇和醋酸钠的混合溶液,转至聚四氟乙烯反 应釜中,温度200℃恒温反应8小时; 1.4、反应结束后冷却至室温,将用磁铁分离的产物用蒸馏水超声清洗,然 后用乙醇超声清洗,重复以上用蒸馏水和乙醇超声清洗的交替清洗步骤,经过 清洗的得到Fe3O4纳米粒子;

1.5、将经过清洗的Fe3O4纳米粒子放入烘箱中,60℃条件6h烘干,得到干 燥的Fe3O4纳米粒子; 第二步、Fe3O4C磁性纳米材料的制备; 2.1、将第一步制成的Fe3O4纳米粒子按照质量比Fe3O4:HNO3=4: 3.1505的比 例为加入到浓度为0.1mol/L的硝酸溶液中进行酸化处理,然后将经过酸化处 理的Fe3O4纳米粒子和硝酸超声至分散均匀,然后将经过酸化处理的Fe3O4纳米粒子用去离子水清洗至少3次; 2.2、将清洗好的经过酸化处理的Fe3O4纳米粒子按照质量比为,经过酸化处 理的Fe3O4:C6H12O6·H2O=4:79.268的比例放浓度为0.5mol/L的一水合葡萄糖水溶液中,在室温状态超声波清洗器超声至完全分散至混合均匀,制成经过酸化处理的Fe3O4纳米粒子和一水合葡萄糖的混合溶液; 2.3、将制成的经过酸化处理的Fe3O4纳米粒子和一水合葡萄糖的混合溶液转 至聚四氟乙烯反应釜中,180℃恒温反应5小时,反应结束后冷却至室温;将 本步骤得到的产物用蒸馏水洗涤,然后用乙醇洗涤,重复以上用蒸馏水和乙醇的交替洗涤步骤,然后将经过洗涤的产物,在温度40℃时烘箱烘干; 第三步、Fe3O4CPAM核壳磁性纳米材料的制备; 3.1、按照质量比为Fe3O4C:Na6O18P6:PAM:H2O=5:2 4.4708:17.77:8的比 例将第二步制成的Fe3O4C磁性纳米材料分散于上述的去离子水中,然后依次加入浓度为0.1mol/L的六偏磷酸钠的水溶液和浓度为0.25mol/L丙烯酰胺水溶 液,将Fe3O4C磁性纳米材料、六偏磷酸钠和丙烯酰胺的混合溶液超声使分散均匀,制成Fe3O4C磁性纳米材料、六偏磷酸钠和丙烯酰胺的混合溶液; 3.2、将Fe3O4C磁性纳米材料、六偏磷酸钠和丙烯酰胺的混合溶液转至聚四 氟乙烯反应釜中,在温度180℃恒温反应4小时,反应结束后冷却至室温;

【原创】纳米二氧化钛的现状与发展

【原创】纳米二氧化钛的现状与发展 纳米二氧化钛的现状与发展(上) 魏绍东1,夏林胜2 (1.东华工程科技股份有限公司,安徽合肥230024;2.中国科学技术大学材料 科学与工程系,安徽合肥230026) 摘要:介绍了纳米二氧化钛生产的原料和几种制备方法。通过对国内外生产现状和特点的比较,提出了以硫酸氧钛为原料制备纳米二氧化钛的工艺路线,并对工业化装置的规模、工艺方案以及存在的问题进行了介绍。 关键词:纳米二氧化钛;制备工艺;硫酸氧钛;工艺路线;均匀沉淀法 Current Situtation and Development of Nanometer TiO2 WEI Shao-dong1, XIA Lin-sheng2 (1.East China Engineering Science & Technology Co., Ltd., Hefei 230024,China; 2.Department of Material Science and Engineering,University of Science and Technology of China, Hefei 230026,China) Abstract: This paper summarizes several manufacture methods and the raw material production of nanometer TiO2.Through the comparison of the characteristics and the present situation of the domestic and international production of nanometer TiO2,the technological route for the manufacture of nanometer TiO2 with TiOSO4 as the raw material is presented,process scheme the scale of commercial plant as well as existent problems are introduced. Key words: nanometer TiO2; manufacture technology; titanyl sulfate; technological route; homogeneous precipitation method 引言 自1990年7月在美国巴尔的摩召开了第一届纳米科学技术国际会议以来,纳米材料科学作为一个相对独立的学科诞生了,此后,纳米材料引起了世界各国材料学界、物理学界和化学界的极大兴趣和广泛重视,很快形成了世界范围的“纳米热”。我国政府和有关部门也较早认识到纳米科技的重要性,并于积极地推动和财政支持。国家科委出台的“攀登计划”(1990~1999)中,就有纳米科技项目,并给予连续10年的专项支持;1999年,国家科技部又制定了“国家重点基础研究发展规划”(“973”计划),其中安排了“纳米材料与纳米结构”项目;在国家“863”高技术计划中,也列有不少纳米材料的应用研究项目。 二氧化钛(TiO2),俗称钛白,具有无毒、最佳的不透明性、最佳白度和光亮度,被认为是目前世界上性能最好的一种白色颜料,广泛应用于涂料、塑料、造纸、印刷油墨、化纤、

锐钛矿TiO2转变为金红石TiO2机制和性能

锐钛矿TiO2转变为金红石TiO2机制和性能 摘要:TiO2 是多相光催化研究中使用较多的一种材料。其在自然界存有3种不同的晶型:锐钛矿、金红石、板钛矿相。锐钛矿相转变为金红石相的过程是扩散相变。金红石是热力学稳定相, 锐钛矿是亚稳相, 并且从锐钛矿相到金红石相的相变是亚稳相到稳定相的不可逆相变。而煅烧时间与煅烧温度会影响其晶型的转变。在众多影响光催化性能的因素中,晶型是较为重要的一个因素。 关键字:锐钛矿、金红石、TiO2、相变、光催化 光催化降解是一门新型的并正在迅速发展的科学技术。研究表明,在适当的条件下,许多有机物污染物经光催化降解,可生成无毒无味的CO2、H2O及一些简单的无机物。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、Fe2O3、SnO2、WO3和CdS 等, 其中TiO2以其无毒、价廉、稳定和特殊的光、电性能等优点倍受人们青睐,成为最受重视的一种光催化剂[1]。 1.二氧化钛的结构 近年来, TiO2纳米材料制备、表征及改性一直是光催化研究领域的重点。同一种半导体可能具有不同的晶型,晶型的不同实际上就是组成物质的原子不同的空间构型有序的排布。二氧化钛是白色粉末状多晶型化合物, 自然界有锐钛矿型, 金红石型和板钛型三种晶 型结构, 但板钛型二氧化钛极不稳定且无实用价值[2]。所以目前的研究一般都主要为金红石相及锐钛矿相。TiO2晶体基本结构是钛氧八面体( TiO6)。钛氧八面体连接形式不同而构成锐钛矿相、金红石相和板钛矿相。锐钛矿型和金红石型均属于四方晶系,二者均可用相互连接的Ti06八面体表示,但八面体的畸变程度和连接方式各不不同。板钛矿型属正交晶系,一般难以制备,目前研究很少。如图1所示,金红石型(a)的八面体不规则,微显斜方晶;锐钛矿(b)呈明显的斜方晶畸变,对称性低于前者。从图2[3]中可以看出锐钛矿TiO2的Ti-Ti键长比金红石大,而Ti-O键比金红石小。 TiO2晶体基本结构——钛氧八面体有两种连接方式。如图3所示,分别为共边连接与共顶角连接。从图4[4]中可以看到锐钛矿中每个八面体与周围8个八面体相联(四个共边,四个共顶角)。金红石中的每个八面体与周围10个八面体相联(其中两个共边,八个共顶角)。 图1 金红石、锐钛矿和板钛矿的TiO6八面体结构

纳米二氧化钛

纳米二氧化钛的制备及活度测定 实 验 报 告 小组成员: 指导老师:翁永根 纳米二氧化钛的制备及活度检测 一、实验目的:

1、探索二氧化钛的制备方法,寻求最简便的制备过程,培养学生的实验 创新能力。 2、了解二氧化钛的性质与作用。 3、掌握二氧化钛活度检测方法。 二、实验原理: 1、纳米粉体是指颗粒粒径介于1~100 nm之间的粒子。由于颗粒尺寸的微细化,使得纳米粉体在保持原物质化学性质的同时,与块状材料相比,在磁性、光吸收、热阻、化学活性、催化和熔点等方面表现出奇异的性能。 纳米TiO2具有许多独特的性质。比表面积大,表面张力大,熔点低,磁性强,光吸收性能好,特别是吸收紫外线的能力强,表面活性大,热导性能好,分散性好等。基于上述特点,纳米TiO2具有广阔的应用前景。利用纳米TiO2作光催化剂,可处理有机废水,其活性比普通TiO2(约10 μm)高得多;利用其透明性和散射紫外线的能力,可作食品包装材料、木器保护漆、人造纤维添加剂、化妆品防晒霜等;利用其光电导性和光敏性,可开发一种TiO2感光材料。如何开发、应用纳米TiO2,已成为各国材料学领域的重要研究课题。目前合成纳米二氧化钛粉体的方法主要有液相法和气相法。由于传统的方法不能或难以制备纳米级二氧化钛,而溶胶-凝胶法则可以在低温下制备高纯度、粒径分布均匀、化学活性大的单组分或多组分分子级纳米催化剂。 2、反应物为水、钛酸四丁酯(Ti(O-C4H9)4),分相介质为乙醇,冰醋酸可调节体系的酸度防止钛离子水解过度。使钛酸四丁酯在乙醇红水解生成Ti (OH)4,脱水后即可得到TiO2.在后续的热处理过程中,只要控制适当的温度条件和反应时间,就可以得到二氧化钛。TiO2溶胶凝胶法的制备主要包括2个部分:水解缩合、凝结。缩合是将溶质分子或离子缩合为大分子聚合物即胶粒的过程。这些胶粒分散在介质中称为溶胶。在一定条件下,胶粒聚集、合并,并转化成湿凝胶称为凝结。在sol-gel过程中,钛酸丁酯的水解——缩聚反应速度极快,会立即生成沉淀,影响TiO2的细化。我们可以通过加入水解抑制剂、配置滴加液,并控制滴加速度等方法来抑制沉淀的产生,从而形成均匀稳定的溶胶。在以乙醇为溶剂、钛酸四丁酯和水发生不同程度的水解反应,钛酸四丁酯在酸性条件下,在乙醇介质中水解反应是分步进行的。 水解产物为含钛离子溶胶: Ti(OC4H9)4 +4H2O==Ti(OH)4+4C4H9OH Ti(OH)4+Ti(OC4H9)4==2TiO2+4C4H9OH

纳米二氧化钛 简介

纳米二氧化钛 纳米二氧化钛,粉体作为化妆品的物理防晒添加剂,具有化学性质稳定、无刺激性、无致敏性、全面防护紫外线等优点。 Titanium dioxide is a light-sensitive semiconductor, and absorbs electromagnetic radiation in the near UV region. The energy diff erence between the valence and the conductivity bands in the solid state is 3.05 eV for rutile and 3.29 eV for anatase, corresponding to an absorption band at < 415 nm for rutile and < 385 nm for anatase。 简介 产品技术指标:TiO2%≥99.3% 粒径:15~50nm 物性数据 柔软,无嗅无味的白色粉末,遮盖力和着色力强,溶点1560~1580℃。不溶于水、稀无机酸、有机溶剂、油,微溶于碱,溶于浓硫酸。遇热变黄,冷却后又变白。 金红石型(R型)密度4.26g/cm3,折射率2.72。R型钛白粉具有较好的耐气候性、耐水性和不易变黄的特点,但白度稍差。 锐钛型(A型)密度3.84g/cm3,折射率2.55。A型钛白粉耐光性差,不耐风化,但白度较好。近年来发现纳米级超微细二氧化钛(通常为10~50 nm)具有半导体性质,并且具有高稳定性、高透明性、高活性和高分散性,无毒性和颜色效应。 概述: 纳米二氧化钛粉体作为化妆品的物理防晒添加剂,具有化学性质稳定、无刺激性、无致敏性、全面防护紫外线等优点。 纳米二氧化钛粒经约10-50nm,具有十分宝贵的光学性质。由于它的透明性和防紫外线能力高度统一,在防晒护肤、轿车面漆、高档涂料、油墨、塑料、精细陶瓷等方面获得了广泛的应用。同时它又是一种重要的半导体材料,各国都在投巨资争相研制,国际市场价20-25万元/吨。 纳米二氧化钛 一、纳米TiO2基本情况

金属纳米结构材料的研制

大连理工大学 硕士学位论文 金属纳米结构材料的研制姓名:陈慧玉 申请学位级别:硕士 专业:无机化学 指导教师:辛剑;汤皎宁 20050601

大连理工大学硕士学位论文 摘要 高温液相法是近些年发展起来的制备磁|生=金属纳米粒子的新方法,包括高温液相还原法、高温液相醇解法和金属有机化合物热分解法。本文首先介绍了采用高温液相醇解法制备钴纳米粒子,即在二苯醚溶剂中,通过复合表面活性剂油酸和乙二醇辛基苯基醚(OP)的保护,用1,10一癸二醇还原钴盐制备了粒径约20hm的钴纳米粒子,通过XRD、XPS、TEM和激光粒度仪的表征,发现该种方法制备的钴纳米粒子具有hcp相,是未被氧化的单质钴,呈球状颗粒。改变工艺条件,首次制备出纳米钴环,这种钴环的外直径约65nnl,内直径约55rim。 以高分子聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作为表面活性剂,在乙醇体系中用水合联氨还原钴盐(CoOl。?6}120)而得到粒径约30hm的磁性钴纳米粒子,通过XRD检验确认该种方法合成的钴纳米粒子具有hcp相;XPS的表征结果显示:钴粒子表面价态为零价,说明制备过程中没有被氧化;粒子近似圆球形,在正己烷中分散效果较好。改变工艺条件,以PvP作为软模板,首次制各出钴纳米多孔棒和普通钴纳米棒。钴纳米多孔棒的长度约为200~500nm,直径在20~40nm,棒上的孔径约为8nm。随着反应物中钴盐浓度的增加,钴纳米多孔棒的长度基本不变,而直径增加到40~60nm。普通钴纳米棒的长度约为3~41xm,直径约为70~lOOnm。本论文分别对钴纳米多孔棒和普通钴纳米棒的形成机理作了简单的探讨。 采用同样的合成方法,利用形成普通钴纳米棒的机理,首次制备出普通镍纳米棒。经过XRD、XPS和TEM的表征,发现这种棒长度约为500~650nm,直径约为50nm,为fcc相的零价单质镍。同时,还制各出粒径在40hm左右、具有fcc相镍纳米粒子;粒径约在35rim、具有fcc相的铜纳米粒子;粒径在50nm左右、具有fcc相的银纳米粒子,这些纳米粒子均为单质金属,制备过程中没有被氧化,TEM照片显示其均为球形,在正己烷中分散较好。 关键词:金属盐醇解法,钴,镍,水合联氨

纳米二氧化钛

纳米二氧化钛 纳米二氧化钛是金红石型白色疏松粉末,屏蔽紫外线作用强,有良好的分散性和耐候性。可用于化妆品、功能纤维、塑料、涂料、油漆等领域,作为紫外线屏蔽剂,防止紫外线的侵害。也可用于高档汽车面漆,具有随角异色效应。 简介 纳米二氧化钛,亦称纳米。从尺寸大小来说,通常产生物理化学性质显著变化的细小微粒的尺寸在100纳米以下,其外观为白色疏松粉末。具有抗紫外线、抗菌、自洁净、抗老化功效,可用于化妆品、功能纤维、塑料、油墨、涂料、油漆、精细陶瓷等领域。 纳米二氧化钛主要有两种结晶形态:锐钛型(Anatase)和金红石型(Rutile)。金红石型二氧化钛比锐钛型二氧化钛稳定而致密,有较高的硬度、密度、介电常数及折射率,其遮盖力和着色力也较高。而锐钛型二氧化钛在可见光短波部分的反射率比金红石型二氧化钛高,带蓝色色调,并且对紫外线的吸收能力比金红石型低,光催化活性比金红石型高。在一定条件下,锐钛型二氧化钛可转化为金红石型二氧化钛。 分类 一.按照晶型可分为:金红石型纳米钛白粉和锐钛型纳米钛白粉。

在紫外线作用下,以0.1mg/cm3浓度的超细TiO2可彻底地杀死恶性,而且随着(SOD)添加量的增多,TiO2光催化杀死癌细胞的效率也提高;用TiO2光催化氧化深度处理自来水,可大大减少水中的细菌数,饮用后无致突变作用,达到安全饮用水的标准。在涂料中添加纳米TiO2可以制造出杀菌、防污、除臭、自洁的抗菌防污涂料,可应用于医院病房、手术室及家庭卫生间等细菌密集、易繁殖的场所,可有效杀死大肠杆菌、黄色葡萄糖菌等有害细菌,防止感染。因此,纳米TiO2能净化空气,具有除臭功能。 2、防紫外线功能 纳米TiO2既能吸收紫外线,又能反射、散射紫外线,还能透过可见光,是性能优越、极有发展前途的物理屏蔽型的紫外线防护剂。 纳米二氧化钛的抗紫外线机理: 按照波长的不同,紫外线分为短波区190~280 nm、中波区280~320 nm、长波区320~400nm。短波区紫外线能量最高,但在经过离臭氧层时被阻挡,因此,对人体伤害的一般是中波区和长波区紫外线。 纳米二氧化钛的强抗紫外线能力是由于其具有高折光性和活性。其抗紫外线能力及其机理与其粒径有关:当粒径较大时,对紫外线的阻隔是以反射、散射为主,且对中波区和长波区紫外线均有效。防晒机理是简单的遮盖,属一般的物理防晒,防晒能力较弱;随着粒径的减小,光线能透过纳米二氧化钛的粒子面,对长波区紫

纳米二氧化钛的现状与发展概要

纳米二氧化钛的现状与发展 作者:未知时间:2007-11-24 15:17:00 国外纳米TiO2的生产现状 20世纪80年代以前,纳米TiO2的研究开发目的主要是作为精细陶瓷原料、催化剂、传感器等,需求量不大,没有形成大的生产规模。80年代以后,开发的纳米TiO2用作透明效应和紫外线屏蔽剂,为纳米TiO2打开了市场,使纳米TiO2的生产和需求大大增加,成为钛白工业和涂料工业的一个新的增长点。 由于纳米TiO2在催化及环境保护等方面具有广阔的应用前景,并可用于日用产品、涂料、电子、电力等工业部门,因此,纳米TiO2展现出巨大的市场前景。日本、美国、英国、德国和意大利等国对纳米TiO2进行了深入的研究,并已实现纳米TiO2的工业化生产。目前全世界已经有十几家公司生产纳米TiO2,总生产能力估计在(6000~10000)t/a,单线生产能力一般为(400~500)t/a。 根据莎哈里本公司统计,2003年全球纳米TiO2销售量仅为1800t左右,其消费量与产品应用见表1。 表1 2003年全球纳米TiO2消费量与产品应用 产品应消费/t 1000 UV吸收<100 光催化 <500 化学催化 100 装饰既随角异色<50 表面吸附剂 50 其它 近几年,有关纳米TiO2的新建装置已很少报道,主要是已建成装置的生产能力已远远超出市场的实际消费量,多数厂家处于开工不足或停产的状态。主要原因是目前国际上公认的纳米TiO2制备和应用技术还有待于提高,技术要点和难点主要表现在以下几个方面:①国际上纳米TiO2的价格为(30~40)万元/t,

其成本大致是销售价格的2/5,原料和工艺路线的选择是降低生产成本的关键因素;②纳米TiO2的晶型和粒度控制技术;③金红石型纳米TiO2的应用功能的提升技TiO2应用分散技术;⑤纳米TiO2表面处理技术;④纳米. 术:⑥纳米TiO2产业化成套技术。由于以上条件的制约,使得纳米TiO2的应用和发展受到限制。 我国纳米TiO2的现状 在国外普遍开展了纳米TiO2的制备和应用技术开发,并取得了阶段性成果,我国纳米TiO2的研究在“九五”期间形成了高潮,据了解,进行纳米粉体制备技术研究的科学院所和高校几乎都在进行和进行过纳米TiO2的研究。重庆大学应用化学系是国内最早(1989年)研究纳米TiO2的单位,华东理工大学、中国科学院上海硅酸盐研究所是目前研究技术较全面、报道最多的单位。国内主要研究单位与制备方法见表2。 目前,国内涉足纳米TiO2生产的公司约有十家,总生产能力在1000多吨。四川攀枝花钢铁(集团)公司钢铁研究院年产200t生产装置是我国技术装备较先进、品种最为齐全的装置,可以生产金红石型和锐钛型两大系列各有4个(10~40)nm的粉体品种;由淮北芦岭煤矿和腾岭工贸有限公司共同组建的安徽科纳新材料有限公司年产100t生产基地在宿州市建成;江苏河海纳米科技股份有限公司投资5000万元,已经建成年产500t的规模;青岛科技大学纳米材料重点实验室与海尔集团联合开发的首条具有百吨生产能力的生产线已经建成并一次试车成功;济南裕兴化工总厂拥有先进的纳米TiO2生产线(已通过省级鉴定),具备年产100t生产能力,可提供纳米锐钛型、金红石型的粉体和浆料共4个品种、多种规格的产品;此外,四川永禄科技有限公司、浙江舟山明日纳米有限公司、江苏五菱常泰纳米材料有限公司、河北茂源化工有限公司纳米TiO2装置也已建成。 纳米TiO2的发展 1)纳米TiO2生产的特点 纵观国外纳米TiO2的生产,存在着以下特点:生产原料主要为四氯化钛、硫酸氧钛,生产方法主要有气相法和液相法。气相法主要有以四氯化钛为原料的氢氧火焰水解法,而液相法主要是以四氯化钛和硫酸氧钛为原料的化学沉淀法,且多数生产厂家为钛白粉生产厂,充分利用了原有氯化法和硫酸法生产装置的中间产物、生产技术、公用工程和生产管理方面的经验。

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