纳米材料光催化技术商业计划书

纳米光催化技术商业计划

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目录

第一章项目方背景介绍 (3)

第二章项目技术介绍 (3)

一、光触媒工作原理...........................................................................................................3、4

二、技术关键点 (5)

第三章商业价值 (6)

第四章项目进展 (6)

一、技术所在位置 (7)

二、技术优势 (8)

三、相关产品 (8)

第五章市场与竞争分析 (9)

一、市场分析 (9)

二、本项目的SWOT分析 (9)

三、公司竞争及应对 (10)

第六章创业团队介绍 (10)

一、团队成员及其背景介绍..........................................................................................10、11

二、企业组织架构 (11)

第七章公司战略及商业模式 (12)

一、公司发展及其战略 (12)

二、商业模式 (13)

第八章市场营销规划及后续发展方向 (13)

一、本公司产品分为两大类型：实物型产品和技术服务型产品 (13)

二、市场推广模式...........................................................................................................13、14

三、后续发展方向 (14)

第九章财务及融资计划.........................................................................................................15、16第十章风险分析及应对策略 (17)

一、技术风险及应对策略 (17)

二、市场风险及应对策略 (17)

附件清单

附件一营业执照 (18)

附件二光催化循环空气消毒器专利证书 (19)

附件三粮库用光催化防霉设备专利 (20)

附件四权威检测（I） (21)

附件四B (22)

附件四C (23)

附件五权威检测（II） (24)

附件五B (25)

附件六落地式样机 (26)

附件六B壁挂式样机 (27)

附件七实验对比效果图 (28)

附件七B (29)

附件八其他应用场景下的产品及应用介绍 (30)

附件九储备专利项目 (31)

附件九B (32)

附件九C (33)

第一章项目方背景

XXXXXX有限公司是一家集研发、生产和推广应用为一体的高科技企业。公司目前拥有国际先进的纳米光催化核心技术及相关延伸产品，在光触媒的应用方面有多项专利技术。具有安全环保高效的特点，广泛应用于公共卫生领域、医疗、食品加工、环保、保鲜、养殖等众多领域，发展前景十分广阔。

第二章项目技术介绍

“光催化灭菌消毒设备”是一项依托于“光触媒”材料而开发的新技术。

一、光触媒工作原理

1、什么是光触媒？

光触媒是一种以纳米级二氧化钛为代表，具有光催化功能的光半导体材料的总称。是国际上治理室内环境污染的最安全的材料之一,英文名叫“Photocatalyst”,其在光照环境下，介质材料产生正负电子荷，将空气中的水分子分解为氢氧根离子，从而产生分解还原作用。其最具代表性材料为纳米级二氧化钛。

2、基本原理

光触媒在光的照射下，会产生类似光合作用的光催化

反应，产生出氧化能力极强的自由氢氧基和活性氧，具有很强的光氧化还原功能，可氧化分解各种有机化合物和部分无机物，能破坏细菌的细胞膜和固化病毒的蛋白质，可杀灭细菌和分解有机污染物，把有机污染物分解成无污染的水（H2O）和二氧化碳（CO2），因而具有极强的杀菌、除臭、防霉、

防污自洁、净化空气的功能。

光触媒对中低分子的不稳定化合物及绝大部分病菌

有很好的降解和杀灭作用，其中包括甲醛。如图示：

3、光触媒优势

a、安全性：无毒、无害，对人体安全可靠；

b、全面性：光触媒可以有效地降解甲醛、苯、甲苯、二甲苯、氨、TVOC等污染物，并具有高效广谱的消毒性能，能将细菌或真菌释放出的毒素分解并进行无害化处理。

c、持久性：半永久性使用，光触媒提供了反应的场所，具有催化作用，自身并不消耗，作用效果持久，其消毒、杀菌、清除有害有机物质的时间可持续5～15年。

d、高效性：光触媒利用取之不尽的太阳能等光能就

能将已扩散的环境污染物在低浓度状态下清除净化。

e、环保性：利用光能，无毒无害，不消耗煤炭、石

油等不可再生能源，更不会造成二次污染，利用自然光净化环境，改善生存空间。

f、广泛性：常温、常压下产生分解反应，对环境没

有严格要求，应用范围广泛。

二、技术关键点

a、使用独有技术工艺和配方，不论在光催化波段范围，还是在光催化效率上，都领先于大多数同行。

b、光能激发范围广，光效高，在400NM-700NM波段激发，在200LUX光强下工作，亦可使用LED光源替代阳光。

c、纳米粒子尺寸均匀、不易团聚。

d、独有配方和热处理工艺流程结合，工作模块安装

容易，不受空间的限制，亦不失工作效能。

第三章商业价值

一、当前市场中的空气净化器大多以清除PM2.5悬浮

颗粒为主，不能清除空气中的甲醇、苯等有害物质。而我们的产品不仅有效清除上述有害于人体健康的物质，还能产生负氧离子。为此，这款产品将成为眼下市场空气净化器的升级甚至替代产品。据有效据显示，发达国家空气净化器的普及率远高于发展中国家，韩国的普及率达到了70%，欧洲空气净化器的普及率为40%，美国空气净化器的普及率为28%，日本空气净化器的普及率为34%，而中国的空气质量远不及上述国家，空气净化器的普及率却仅有2%。

二、在对抗疫情方面，我们的技术项目已在前期医院杀菌研发基础上，试制出高新科技的样品，且各项指标均已达到国家标准（样机请见附件六）。针对H1N1病毒，纳对病毒有灭杀作用，经由光能的激发，产生羟基自

米TiO

2

由基从而灭杀病毒纤突部分，紧接着H1N1失去活性，随后病毒分子发生变形、破裂而碎化、矿化。

三、对学校及公共卫生领域，公交车、地铁、出租车等公共交通工具进行消毒杀菌；商场、宾馆、工厂等消菌杀毒、以及对它们所产生的污水进行净化消毒处理。

第四章项目进展

1、技术背景及技术所处位置

国内：2018年在第二十届中国科协年会闭幕式上，中国科协副主席、国际宇航科学院院士李洪对外发布由中国科协组织征集遴选的60个重大科学问题和重大工程技术难题，涉及公共安全、空天科技、信息科技、医学健康、先进材料等12个领域。在先进材料领域，其中入选了5个难题，光催化材料为其一。

尚迪SDP-Ⅲ纳米光催化材料技术目前在国内处于领先地位，其不论在光催化波段范围，还是在光催化效率上，都领先于大多数同行。同时材料的负载和应用技术也处于领先地位。综合技术和应用可填补国内光催化材料技术领域的空白。

国外：自藤岛昭教授在1967年发现光催化现象以来，国外对光催化研究一直没有中断，其中以日本和德国研究最为深入。目前国外光催化材料技术最先的国家是日本，德国，美国。其中日本和德国均做到了光催化产业化，日本主要技术集中在光催化日常应用特别是表面自清洁，德国主要集中光催化材料的生产技术，美国光催化技术主要集中在消杀、治理土壤污染方面。

由于光催化材料的特殊性，特别是其可以应用在国防军

事领域，因此国外最先进的光催化技术和材料对我国出口列入了禁运范围。就目前我们所掌握的国外信息和相关文章来看，除能源领域外，尚迪SDP-Ⅲ纳米光催化材料技术在国际上是处于领先地位的。我国幅员辽阔，人口众多，光催化应用领域远远大于国外。其中空气消杀、空间除臭、保鲜、污水处理等方面应用程度要高于国外。这些应用尚迪SDP-Ⅲ纳米光催化材料技术均有介入，且具有独立的核心知识产权。

2、技术优势

尚迪纳米光催化材料研发经历了单金属单晶体、单金属多晶体、多金属单晶体、多金属多晶体、复合氧化物金属多晶体的过程。目前最新的尚迪SDP-Ⅲ纳米光催化材料具备了宽波段响应、低能隙、高比表面积、高效率的特性。

在实际应用中，尚迪SDP-Ⅲ纳米光催化材料和国内同类产品相比具有更好的分散性，不易团聚。同时尚迪攻克了负载技术难题，通过改进配方和负载工艺是的SDP-Ⅲ纳米光催化材料非常容易与载体结合，且不易剥落。通过改性和生产工艺设计，SDP-Ⅲ纳米光催化材料还可以融入部分其他材料中，且不影响其光催化作用，扩大了实际应用的范围。3、相关产品

尚迪使用SDP-Ⅲ纳米光催化材料制造的光催化消杀机器通过各种消杀测试可有效灭杀空气中的大肠杆菌、黄色葡萄球菌、流感病毒、冠状病毒等常见的细菌和病毒。在实际使

用体验中客户体感和反响均很好。

光催化消杀机器在国内目前处于技术领先地位，具有消杀效率高、可分解有毒有害气体，例如甲醛、苯等。机器还能产生负氧离子，改善空气质量，做到了一机多用途。

第五章市场与竞争分析

一、市场分析

随着我国经济建设的发展和大众的消费水平的提高，越来越多的人对健康的要求日益提高。食品的保鲜、空气质量的好坏、水质的安全等都成为普通大众越来越关心的问题。在未来的几年，能满足此类大众需求的功能性新材料及技术产品的市场需求量会越来越大。

二、本项目的SWOT分析

机会:

1、大众对生活质量的要求日益增高。

2、国家对环保的重视度越来越高。

3、国家2050制造业战略中，“光催化材料”和“高性能医疗器械”是两大核心领域。优势:

1、市场上还未有同时具备了宽波段响应、高比表面积、高效率特性的光催化技术产品。

2、拥有专利技术保障。

3、政策导向，政府支持。

4、有经验丰富的管理团队和研发技术精湛的技术团队。

劣势:

新技术和新理念的导入需要威胁:

越来越多的高科技行业的实

一定的时间。力派正在关注光催化技术的

研发和应用。

三、公司竞争及应对

1、发挥自身优势，坚持：

A:以科技创造品牌

B:以品牌保证品质

C:以品质引导市场

D:以市场转换攻防

2、规避自身劣势

积极借助外力发展企业和维护运营，主抓“技术研发、市场营销、人力资源”三大核心业务板块。整合合作伙伴的资金、资源和能力来应对竞争和风险。同时加强政策和技术升级的学习，争取政府及专业人士的支持。

第六章创业团队介绍

本公司拥有高素质、高学历的技术精英和管理精英，依托于科学的企业管理模式和组织结构，让团队的创业创新能力发挥到极致。

一、团队成员及其背景介绍

1、王益蓉：技术研发负责人，南京航空航天大学电子专业。曾任爱立信中国公网技术硬件副总工程师，福建石乳

甘泉饮品公司技术总经理。

2、王苏宁：项目质量检测负责人，毕业于北京中医药大学，从事健康医疗领域的产品服务工作、近年积极参与有机种植的推广及认证，有长达二十余年的工作经验。

3、陈秉武：产品开发负责人，江苏海洋大学电子工程专业，曾任职中日合资千樱医疗设备公司总工程师，佐源医疗设备公司副总经理，娴熟掌握医疗设备技术和市场行情。

4、张育红:项?总监，西安理工大学金属材料专业，曾在东北电连云港变压器器?总工艺师，南京丰程渡实业有限公司任总工程师。

5、屠仁补：运营总监，执行董事，上海交通大学EMBA 硕士，商界锤炼三十余年，对企业管理有独特见解，有非凡的创新意识和跨界整合能力。

二、企业组织架构

本公司依托于以上组织架构，利用团队成员的胜任能力对工作内容进行分配，基本做到人岗匹配。为了公司的快速发展，仍在持续吸收招纳优秀人才加入。

第七章公司战略及商业模式

公司发展及其战

发展初期（1-2年）：

积极重视核心知识产权，在现有专利的基础上，申请更多的发明专利和外观专利；组织有意向的投资商、企业或商家洽谈签约，逐步建立规模化营销网络；建立公司官网，利用

广联性平台进行宣传推广，生产线全面的投入使用。在生产线未全面投入前、根据市场发展调整生产方式和规模，初期以核心材料自产，整机结合合作方当地产业OEM的方式进行。发展中期（3-5年）：

在初期建立的基础上，全面优化企业管理及技术更新，扩大生产规模，增加就业岗位，提高就业质量，提升劳动力的可持续就业能力。提高产能，完善和健全营销网络，力求市场占有率达到30%-40%，占据行业内主流市场。

长期（5-10年）：

形成强势品牌企业，成为行业内标杆。持续提升研发创新能力。引导市场发展方向。

商业模式：

公司采取的商业模式：1:打造自己的品牌、2:根据客户的

需求进行貼牌生產、3:跟大型公共交通工具及公共场所管理方、农产品运营商、食品加工企业等相关企业部门进行合作。主要以上面三种模式为主、但会根据市场的发展作出相应的调整。

第八章市场营销规划及后续发展方向

一、本公司产品分为两大类型：实物型产品如技术服务型产品。

1、实物型产品

根据不同客户的需求，生产不同规格的实物产品，

满足于医疗防护领域、公共场所、学校、公共交通工具、食品加工行业等杀菌、消毒需求。

2、技术服务型产品

为冷链运输商、冷链库、果蔬批发商等大客户提供杀菌、保鲜；以及为养殖业杀菌消毒、食品加工、污水处理达标等提供整体化解决方案。

二、市场推广模式

1、产品正式推向市场后，迅速建立渠道（区域性分支机构）及服务体系，加快市场推广速度，并为客户提供有效的产品保障服务

2、加大行业媒体、广告、行业杂志等渠道的广告投放。

3、选出部分具有代表性的用户（医院、学校、农产品运营商、食品加工企业）进行试用，并采集相关试用后的数据进行汇总和分析。

4、以试用后采集的数据为依据，召开产品推广会，邀请相关专家、客户及行业协会的人员出席。

三、后续发展方向

一、计划加大资金和人力的投入进一步加强科技研发、使光触媒灭菌消毒设备从医院辅助设备上升到高性能医疗

器械级别，填补我国光催化技术设备还未进入医用级别的空白。

二、依托于技术以及技术使用所需材料的特性，有序开发适用于其他场景的产品及服务。主要场景为：

1、办公楼宇大厦、商场的中央空调风道、回风箱等位置；

2、冰箱、保鲜柜、家用空调、车内；

3、污水处理厂消毒、出水口工艺段；

4、公共交通工具。

第九章财务及融资计划

一、未来5年投资收益预测

单位：万元

注：由于疫情和形势的需要，光触媒灭菌消毒空气净化

器样机已落地、正在进行最后的测试和微调。部分样机已让相关客户进行试用、反馈回来的信息：效果以及功能良好，并有订购意向、正在为小规模的量产作准备。根据市场发展调整生产方式和规模，初期以核心材料自产，整机结合合作方当地产业OEM的方式进行。

二、投资融资计划

1、针对于该项目，公司前期已经投入了大量的资金，后续拟增加投入计划如下（初步预算）：

2、现公司股东为了企业能更好的发展，同意出让公司10%（可商议）的股权，融资500万。融资渠道为：风投公司、有共同事业目标的社会精英、对我公司产品服务感兴趣的实力企业。

3、融资资金主要用于厂房建设、机器设备购买、安装费用、人员工资、推广及其他费用。

第十章风险分析及应对策略

一、技术风险及应对策略

公司的技术风险主要来源于新技术升级及技术标准的逐步提高。

因此，我公司专门聘请行业技术专家担任技术顾问，并持续开发和更新技术，保证技术的领先地位。

二、市场风险及应对策略

因为大型知名企业和各高校实验室专家都密切关注“光触媒”技术的研发与引用，部分成果已用于车载、空调的附加功能使用，市场竞争将趋激烈，企业将面临竞争的压力也会加大。

本公司应对市场风险的策略主要是：整合资源，降低生

产成本，计划加大资金和人力的投入进一步加强科技研发、使光触媒灭菌消毒设备从医院辅助设备上升到高性能医疗器械级别，填补我国光催化技术设备还未进入医用级别的空白，创造更多的科技成果和社会价值，同时为公司带来更好的收益。并对现有的光催化设备等产品加强营销渠道建设、拓展和开发新市场，引导主流产品的消费意识。

影响纳米材料光催化性能的因素

二、影响纳米材料光催化活性的因素。 1、半导体的能带位置 半导体的带隙宽度决定了催化剂的光学吸收性能。半导体的光学吸收阈值λg与Ｅg有关，其关系式为：λｇ=1240／Ｅg。半导体的能带位置和被吸附物质的氧化还原电势,从本质上决定了半导体光催化反应的能力。热力学允许的光催化氧化还原反应要求受体电势比半导体导带电势低(更正）;而给体电势比半导体价带电势高（更负)。导带与价带的氧化还原电位对光催化活性具有更重要的影响。通常价带顶VBT越正，空穴的氧化能力越强，导带底CBB越负,电子的还原能力越强。价带或导带的离域性越好,光生电子或空穴的迁移能力越强，越有利于发生氧化还原反应。对于用于光解水的光催化剂,导带底位置必须比H＋／H ２O(—0。41eV)的氧化还原势负,才能产生H2,价带顶必须比O2/Ｈ2O（+0。82eV）的氧化还原势正,才能产生O2，。因此发生光解水必须具有合适的导带和价带位置,而且考虑到超电压的存在,半导体禁带宽度Eｇ应至少大于１.8eV。目前常被用作催化剂的半导体大多数具有较大的禁带宽度,这使得电子-空穴具有较强的氧化还原能力。 ２、光生电子和空穴的分离和捕获 光激发产生的电子和空穴可经历多种变化途径,其中最主要的是分离和复合两个相互竞争的过程。对于光催化反应来说,光生电子和空穴的分离与给体或受体发生作用才是有效的。如果没有适当的电子或空穴的捕获剂,分离的电子和空穴可能在半导体粒子内部或表面复合并放出荧光或热量。空穴捕获剂通常是光催化剂表面吸附的OH—基团或水分子,可能生成活性物种·OH，它无论是在吸附相还是在溶液相都易引发物质的氧化还原反应，是强氧化剂。光生电子的捕获剂主要是吸附于光催化剂表面上的氧，它既能够抑制电子与空穴的复合,同时也是氧化剂，可以氧化已经羟基化的反应产物。 3、晶体结构 除了对晶胞单元的主要金属氧化物的四面体或八面体单元的偶极矩的影响,晶体结构（晶系、晶胞参数等）也影响半导体的光催化活性.TiＯ2是目前认为最好的光催化剂之一。TiO2主要有两种晶型-锐钛矿和金红石,两种晶型结构均可由相互连接的TiO6八面体表示，两者的差别在于八面体的畸变程度和八面体间相互连接的方式不同。结构上的差异导致了两种晶型有不同的质量密度及电子能带结构。锐钛矿的质量密度略小于金红石，且带间隙（3．2eV)略大于金红石(3。1eV),这是其光催化活性比金红石的高。 4、晶格缺陷 根据热力学第三定律,除了在绝对零度，所有的物理系统都存在不同程度的不规则分布，实际晶体都是近似的空间点阵式结构，总有一种或几种结构上的缺陷。当有微量杂质元素掺入晶体时,也可能形成杂质置换缺陷。这些缺陷的存在对光催化活性可能起着非常重要的影响。有的缺陷可能会成为电子或空穴的捕获

影响纳米材料光催化性能的因素教学文案

影响纳米材料光催化性能的因素

二、影响纳米材料光催化活性的因素。 1、半导体的能带位置 半导体的带隙宽度决定了催化剂的光学吸收性能。半导体的光学吸收阈值λg与Eg有关，其关系式为：λg=1240/Eg。半导体的能带位置和被吸附物质的氧化还原电势，从本质上决定了半导体光催化反应的能力。热力学允许的光催化氧化还原反应要求受体电势比半导体导带电势低（更正）；而给体电势比半导体价带电势高（更负）。导带与价带的氧化还原电位对光催化活性具有更重要的影响。通常价带顶VBT越正，空穴的氧化能力越强，导带底CBB越负，电子的还原能力越强。价带或导带的离域性越好，光生电子或空穴的迁移能力越强，越有利于发生氧化还原反应。对于用于光解水的光催化剂，导带底位置必须比H+/H2O(-0.41eV)的氧化还原势负，才能产生H2，价带顶必须比 O2/H2O(+0.82eV)的氧化还原势正，才能产生O2,。因此发生光解水必须具有合适的导带和价带位置，而且考虑到超电压的存在，半导体禁带宽度Eg应至少大于1.8eV。目前常被用作催化剂的半导体大多数具有较大的禁带宽度，这使得电子-空穴具有较强的氧化还原能力。 2、光生电子和空穴的分离和捕获 光激发产生的电子和空穴可经历多种变化途径，其中最主要的是分离和复合两个相互竞争的过程。对于光催化反应来说，光生电子和空穴的分离与给体或受体发生作用才是有效的。如果没有适当的电子或空穴的捕获剂，分离的电子和空穴可能在半导体粒子内部或表面复合并放出荧光或热量。空穴捕获剂通常是光催化剂表面吸附的OH-基团或水分子，可能生成活性物种·OH，它无论是在吸附相还是在溶液相都易引发物质的氧化还原反应，是强氧化剂。光生电子的捕获剂主要是吸附于光催化剂表面上的氧，它既能够抑制电子与空穴的复合，同时也是氧化剂，可以氧化已经羟基化的反应产物。 3、晶体结构 除了对晶胞单元的主要金属氧化物的四面体或八面体单元的偶极矩的影响，晶体结构（晶系、晶胞参数等）也影响半导体的光催化活性。TiO2是目前认为最好的光催化剂之一。TiO2主要有两种晶型—锐钛矿和金红石，两种晶型结构均可由相互连接的TiO6八面体表示，两者的差别在于八面体的畸变程度和八面体间相互连接的方式不同。结构上的差异导致了两种晶型有不同的质量密度及电子能带结构。锐钛矿的质量密度略小于金红石，且带间隙（3.2eV）略大于金红石（3.1eV），这是其光催化活性比金红石的高。 4、晶格缺陷 根据热力学第三定律，除了在绝对零度，所有的物理系统都存在不同程度的不规则分布，实际晶体都是近似的空间点阵式结构，总有一种或几种结构上的缺陷。当有微量杂质元素掺入晶体时，也可能形成杂质置换缺陷。这些缺陷的存在对光催化活性可能起着非常重要的影响。有的缺陷可能会成为电子或空

纳米材料参考答案

纳米材料与纳米结构复习题 1. 简单论述纳米材料的定义与分类。答：广义上讲：纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度围，或由他们作为基本单元构成的材料。 按维数，纳米材料可分为三类：零维：指在空间三维尺度均在纳米尺度，如纳米颗粒，原子团簇等。一维：指在空间有两处处于纳米尺度，如纳米丝，纳米棒，纳米管等。 二维：指在三维空间中有一维处在纳米尺度，如超薄膜，多层膜等。因为这些单元最具有量子的性质，所以对零维，一维，二维的基本单元又分别具有量子点，量子线和量子阱之称 2. 什么是原子团簇? 谈谈它的分类。 答：原子团簇: 指几个至几百个原子的聚集体(粒径一般等于或小于1nm) 例如：C n H m (n与m都是整数)；碳簇(C60、C70和富勒烯等) 原子团簇的分类： a 一元原子团簇：即同一种原子形成的团簇，如金属团簇，非金属团簇，碳簇等。 b二元原子团簇：即有两种原子构成的团簇，例如Zn n P m, Ag n S m等。 c多元原子团簇：有多种原子构成的团簇，例如V n(C6H6)m等 d原子簇化合物：原子团簇与其它分子以配位键形成的化合物。例如(Ag) n(NH 3)m等。 3. 通过Raman 光谱中如何鉴别单壁和多臂碳纳米管? 如何计算单壁碳纳米管直径? 答：利用微束拉曼光谱仪能有效观察到单壁纳米管特有谱线，这是鉴定单壁纳米管非常 灵敏的方法。100-400cm -1围出现单壁纳米管特征峰，单壁纳米管特有的呼吸振动模式； 1609cm-1是定向多壁纳米管的拉曼特征峰。 单臂管的直径 d 与特征拉曼峰波数成反比，即：d=224/w 。式中的 d 单壁管的直径，nm；w 为特征拉曼峰的波数cm-1 4. 论述碳纳米管的生长机理。 答：采用化学气相沉积( CVD) 在衬底上控制生长多壁碳纳米管。原理：首先，过镀金 属(Fe,Co,Ni)催化剂颗粒吸收和分解碳化合物，碳与金属形成碳-金属体；随后，碳原子 从过饱和的催化剂颗粒中析出；最后，为了便于碳纳米管的合成，金属纳米催化剂通常由具有较大的表面积的材料承载。 各种生长模型 1 、五元环－七元环缺陷沉积生长2、层－层相互作用生长3、层流生长 4、顶端生长 5、根部生长 6、喷塑模式生长 7、守善院士：13C同位素标记，多壁碳纳米管的所有层数同时从催化剂中生长出来的，证明了“帽”式生长(yarmulke) 的合理性 生长机理表面扩散生长机理：不是生长一单壁管，然后生长外单壁管；而是在从固熔体相处时，开始就形成多层管

异质结纳米材料光催化性能

密级★保密期限：（涉密论文须标注） Z S T U Zhejiang Sci-Tech University 硕士学位论文 Master’s Thesis 中文论文题目: p-n型Cu2O/TiO2异质结纳米材料的结构及其光催化性能研究 英文论文题目：Structure and photocatalytic performance of p-n heterojunction Cu2O/TiO2 nanomaterals 学科专业：应用化学 作者姓名：周冬妹 指导教师：王惠钢 完成日期：2015年1月

浙江理工大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得浙江理工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名： 签字日期：年月日

目录 中文摘要 ..................................................................................................................................... I Abstract .......................................................................................................................................... II 第一章前言. (1) 1.1背景 (1) 1.2文献综述 1.2.1纳米TiO2概述 (1) 1.2.2纳米Cu2O概述 (2) 1.2.3 p-n异质结用于光催化的基本原理 (2) 1.2.4p-n型Cu2O/TiO2异质结纳米材料光催化反应的研究进展 (4) 1.3本课题的选题思路及研究内容 (6) 参考文献 (7) 第二章还原法制备的Cu2O/TiO2异质结纳米颗粒及其光催化性能 (11) 2.1引言 (11) 2.2实验 (11) 2.2.1主要试剂和仪器 (11) 2.2.2实验方法和步骤 (12) 2.3实验结果与讨论 (13) 2.3.1Cu2O/TiO2颗粒的表征 (13) 2.3.1.1XRD表征 (13) 2.3.1.2XPS表征 (14) 2.3.1.3SEM与TEM表征 (15) 2.3.1.4PL表征 (17) 2.3.1.5DRS表征 (18) 2.3.2光催化性能实验 (19) 2.3.2.1光催化降解装置 (19) 2.3.2.2对亚甲基蓝的光催化降解性能 (19) 2.3.3Cu2O/TiO2复合材料中Cu2O颗粒的粒径调控 (20) 本章小结 (23)

影响纳米材料光催化性能的因素

1、半导体的能带位置 半导体的带隙宽度决定了催化剂的光学吸收性能。半导体的光学吸收阈值λg与Eg有关，其关系式为：λg=1240/Eg。半导体的能带位置和被吸附物质的氧化还原电势，从本质上决定了半导体光催化反应的能力。热力学允许的光催化氧化还原反应要求受体电势比半导体导带电势低（更正）；而给体电势比半导体价带电势高（更负）。导带与价带的氧化还原电位对光催化活性具有更重要的影响。通常价带顶VBT越正，空穴的氧化能力越强，导带底CBB越负，电子的还原能力越强。价带或导带的离域性越好，光生电子或空穴的迁移能力越强，越有利于发生氧化还原反应。对于用于光解水的光催化剂，导带底位置必须比H+/H 2 O的氧化 还原势负，才能产生H 2，价带顶必须比O 2 /H 2 O(+的氧化还原势正，才能产生O 2 ,。 因此发生光解水必须具有合适的导带和价带位置，而且考虑到超电压的存在，半 导体禁带宽度Eg应至少大于。目前常被用作催化剂的半导体大多数具有较大的禁带宽度，这使得电子-空穴具有较强的氧化还原能力。 2、光生电子和空穴的分离和捕获 光激发产生的电子和空穴可经历多种变化途径，其中最主要的是分离和复合两个相互竞争的过程。对于光催化反应来说，光生电子和空穴的分离与给体或受体发生作用才是有效的。如果没有适当的电子或空穴的捕获剂，分离的电子和空穴可能在半导体粒子内部或表面复合并放出荧光或热量。空穴捕获剂通常是光催化剂表面吸附的OH-基团或水分子，可能生成活性物种·OH，它无论是在吸附相还是在溶液相都易引发物质的氧化还原反应，是强氧化剂。光生电子的捕获剂主要是吸附于光催化剂表面上的氧，它既能够抑制电子与空穴的复合，同时也是氧化剂，可以氧化已经羟基化的反应产物。 3、晶体结构 除了对晶胞单元的主要金属氧化物的四面体或八面体单元的偶极矩的影响，晶体结构（晶系、晶胞参数等）也影响半导体的光催化活性。TiO 2 是目前认为最 好的光催化剂之一。TiO 2 主要有两种晶型—锐钛矿和金红石，两种晶型结构均可 由相互连接的TiO 6 八面体表示，两者的差别在于八面体的畸变程度和八面体间相互连接的方式不同。结构上的差异导致了两种晶型有不同的质量密度及电子能带结构。锐钛矿的质量密度略小于金红石，且带间隙（）略大于金红石（），这是其光催化活性比金红石的高。 4、晶格缺陷 根据热力学第三定律，除了在绝对零度，所有的物理系统都存在不同程度的不规则分布，实际晶体都是近似的空间点阵式结构，总有一种或几种结构上的缺陷。当有微量杂质元素掺入晶体时，也可能形成杂质置换缺陷。这些缺陷的存在

纳米碳材料和高性能催化_齐伟

第29卷第5期 化学反应工程与工艺 V ol 29, No 5 2013年10月 Chemical Reaction Engineering and Technology Oct. 2013 收稿日期：2013-09-03；修订日期：2013-10-14。 作者简介：齐 伟（1982—），男，博士后；苏党生（1961—），男，博士，研究员，通讯联系人。E-mail ：dssu@https://www.docsj.com/doc/6c16640203.html, 。 基金项目：国家自然科学基金（51221264，21133010，21303226）；国家重大基础研究发展（973）计划（2011CBA00504）；中共中央组织部 海外高层次人才引进项目；中国科学院沈阳金属研究所葛庭燧奖研金。 文章编号：1001—7631 ( 2013 ) 05—0423—07 纳米碳材料和高性能催化 齐 伟，苏党生 (中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家（联合）实验室, 催化材料研究部, 辽宁 沈阳 110016) 摘要：对纳米碳材料在催化领域中应用方面的最新研究成果作了简要的综述，主要从纳米碳材料作为催化剂 载体和催化剂在高性能催化反应体系中的应用两方面展开，包括：纳米碳材料表面物理化学性质对所负载催 化剂化学结构和催化活性的影响；纳米碳材料直接作为催化剂在气相，液相或者电化学催化体系中的应用； 纳米碳催化反应的机理和本质规律。通过对该领域内研究成果的系统总结，发现短期内纳米碳催化领域研究 应该集中在对催化反应过程的本质理解以及对反应机理的量化描述，如分子或原子尺度上反应动力学研究等 方面。在相关研究成果的基础上，结合纳米碳材料可控和规模化制备技术的发展，纳米碳催化的工业化应用 具有巨大的发展前景。 关键词：纳米碳材料 均相催化 异相催化 高性能催化剂 催化剂载体 中图分类号：O643 文献标识码：A 碳元素是自然界中存在的与人类最密切相关、最重要的元素之一，它具有sp ，sp 2和sp 3杂化等多样的电子轨道特性。近年来，伴随纳米技术的发展，具有纳米结构的功能碳材料研究相当活跃，新型碳基材料层出不穷。所谓纳米结构碳材料是指具有特定结构、分散相尺度至少有1维小于100 nm 的以碳元素为主体的材料，主要包括碳纳米管（单壁、双壁和多壁等），碳纳米纤维，石墨烯（纳米石墨），纳米金刚石，富勒烯，纳米有序孔碳等（如图1所示）。这些纳米碳材料主要通过化学气相沉积，石墨电弧，激光蒸发石墨，电解和水热等物理化学过 程制得。与传统的无定形炭或活性炭相比，纳米碳材 料表现出机械强度高，热稳定性好，导电和导热能力 强，化学结构和酸碱性易于调控等特点[1-4]。鉴于纳 米碳材料的诸多优点以及是一类可再生的环境友好 材料，能够满足绿色化学和可持续性发展的需求，其 在催化反应中的应用已经成为相关领域的研究热点 [5,6]。考虑到该领域仍处于起步阶段，许多关键科学 问题尚未解决，所以综述了纳米碳材料在催化领域内 的应用研究，旨在总结纳米碳催化研究发展的现状， 归纳相关领域内已经获得的研究成果，分析指出尚未 解决的问题，并尝试展望该领域短期内可能的发展方 向以及纳米碳催化实现工业化的可能性。 图1典型纳米碳材料结构 Fig.1 Typical structure of nano-carbon materials

纳米材料与纳米结构21个题目完整答案

1.简单论述纳米材料的定义与分类。 2.什么是原子团簇? 谈谈它的分类. 3.通过Raman 光谱中任何鉴别单壁和多臂碳纳米管? 如何计算单壁碳纳米管直径? 4.论述碳纳米管的生长机理。 5.论述气相和溶液法生长纳米线的生长机理。 6.解释纳米颗粒红外吸收宽化和蓝移的原因。 7.论述光催化的基本原理以及提高光催化活性的途径。 8.什么是库仑堵塞效应以及观察到的条件？ 9.写出公式讨论半导体纳米颗粒的量子限域效应和介电限域效应对其吸收边，发光峰的影响。 10.纳米材料中的声子限域和压应力如何影响其Raman 光谱。 11.论述制备纳米材料的气相法和湿化学法。 12.什么是纳米结构，并举例说明它们是如何分类的，其中自组装纳米结构形成的条件是什么。 13.简单讨论纳米颗粒的组装方法 14.论述一维纳米结构的组装，并介绍2种纳米器件的结构。 15.论述一维纳米结构的组装，并介绍2种纳米器件的结构。 16.简单讨论纳米材料的磁学性能。 17.简述“尺寸选择沉淀法”制备单分散银纳米颗粒的基本原理 18.简述光子晶体的概念及其结构 19.目前人们已经制备了哪些纳米结构单元、复杂的纳米结构和纳米器件。并说明那些纳米结构应该具有增强物理和化学性 能。 20.简单论述单电子晶体管的原理。 21.简述纳米结构组装的工作原理。 1.简单论述纳米材料的定义与分类。 答：最初纳米材料是指纳米颗粒和由它们构成的纳米薄膜和固体。 现在广义: 纳米材料是指在三维空间中至少有一维处在纳米尺度范围，或由他们作为基本单元构成的材料。 如果按维数，纳米材料可分为三大类： 零维：指在空间三维尺度均在纳米尺度，如：纳米颗粒，原子团簇等。 一维：指在空间有两处处于纳米尺度，如：纳米丝，纳米棒，纳米管等。 二维：指在三维空间中有一维处在纳米尺度，如：超薄膜，多层膜等。 因为这些单元最具有量子的性质，所以对零维，一维，二维的基本单元，分别又具有量子点，量子线和量子阱之称。

纳米材料在光催化中的应用

纳米材料在光催化中的应用 姓名：杨明学号：5400209157 班级：工管093班 摘要： 纳米技术是当今世界最有前途的决定性技术。以半导体材料为催化剂光催化氧化水中有机污染物在近年来受到广泛关注，许多研究工作者在有机物光催化氧化方面进行了大量研究工作，发现卤代芳香烃、卤代脂肪烃、有机酸类、染料、硝基芳烃、取代苯胺、多环芳烃、杂环化合物、烃类、酚类、表面活性剂、农药等都能有效地进行光催化反应，除毒、脱色、生成无机小分子物质，最终消除对环境的污染。纳米材料是晶粒尺寸小于100 nm的单晶体或多晶体，由于晶粒细小，使其晶界上的原子数多于晶粒内部的，即产生高浓度晶界，因而使纳米材料有许多不同于一般粗晶材料的性能，如强度硬度增大、低密度、低弹性模量、高电阻低热导率等（1）。正是因为纳米材料具有这些优良性能，因此纳米材料在今后一定有着广泛的应用。 引言： 此法能处理多种污染物，适用范围广，特别是对难降解有机物具有很好的氧化分解作用;还具有反应条件温和，设备简单，二次污染小，易于操作控制，对低浓度污染物及气相污染物也有很好的去除效果;催化材料易得，运行成本低;可望用太阳光为反应光源等优点，是一种非常有前途的污染治理技术。 关键字：纳米纳米材料纳米材料光催化纳米TiO2 水热合成法 纳米（nm)是长度单位，1纳米是10-9米（十亿分之一米），对宏观物质来说，纳米是一个很小的单位，不如，人的头发丝的直径一般为7000—8000nm，人体红细胞的直径一般为3000—5000nm，一般病毒的直径也在几十至几百纳米大小，金属的晶粒尺寸一般在微米量级；对于微观物质如原子、分子等以前用埃来表示，1埃相当于1个氢原子的直径，1纳米是10埃（2）。一般认为纳米材料应该包括两个基本条件：一是材料的特征尺寸在1—100nm之间，二是材料此时具有区别常规尺寸材料的一些特殊物理化学特性。 纳米TiO2在光催化领域已经显示出广阔的应用前景.但是，由于TiO2仅仅能吸收5%紫外区附近的太阳光而限制了它的广泛应用，许多研究试图通过表面改性与掺杂来扩大它的光谱响应范围和提高它的催化活性。有选择性的进行掺杂已被证明是一种提高半导体氧化物光催化活性的极其有效的方法，掺入一定的金属阳离子能极大的提高TiO2的光催化效率，最近有大量的关于通过掺杂来提高TiO2的光催化性能的报道，掺杂的半导体光催化材料由于其物理和光学性质的改变，通过扩展光响应范围和提高光生电荷的分，从而提高了光催化性能（2）。 纳米材料的比热和热膨胀系数都大于同类粗晶材料和非晶体材料的值，这是由于界面原子排列较为混乱、原子密度低、界面原子耦合作用变弱的结果。因此在储热材料、纳米复合材料的机械耦合性能应用方面有其广泛的应用前景（3）。例如Cr-Cr2O3颗粒膜对太阳光有强烈的吸收作用，从而有效地将太阳光能转换为热能。纳米粒子的粒径远小于光波波长。与入射光有交互作用，光透性可以通过控制粒径和气孔率而加以精确控制，在光感应和光过滤中应用广泛。由于量子

tio2光催化技术

纳米TiO2光催化剂安全环保性能研究 作者：北京化工大学徐瑞芬教授 纳米科技的发展为人类治理环境开辟了 一条行之有效的途径，我们可以合理利用 自然光资源，通过纳米TiO2半导体的光催化效应，在材料内部由吸收光激发电子，产生电子-空穴对，即光生载流子，迅速迁移到材料表面，激活材料表面吸附氧和水分，产生活性氢氧自由基（oOH）和超氧阴离子自由基（O2·－），从而转化为一种具有安全化学能的活性物质，起到矿化降解环境污染物和抑菌杀菌的作用。 纳米TiO2光催化应用技术工艺简单、成本低廉，利用自然光即可催化分解细菌和污染物，具有高催化活性、良好的化学稳定性和热稳定性、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，是最具有开发前景的绿色环保催化剂之一。 本研究在用亚稳态氯化法合成纳米二氧化钛的技术基础上，根据光催化功能高效性的需要，进行掺杂和表面处理，制成特有的在室内自然光和黑暗区微光也能显著发挥光催化作用的纳米二氧化钛，将其作为功能粉体材料，复合到塑料、皮革、纤维、涂料等材料中，研制成无污染、无毒害的纳米TiO2光催化绿色复合材料，充分发挥抗菌、降解有机污染物、除臭、自净化的功能，这类环保型功能材料实施方便、应用性强，能实用到生活空间的多种场合，发挥其多功能效应，成为我们生活环境中起长期净化作用的环保材料。 2 纳米TiO2光催化剂对环境的净化功能研究 2．1室内环境的净化 随着建筑材料中各种添加物的使用，室内装饰材料和各种家用化学物质的使用，室内空气污染的程度越来越严重。调查表明，室内空气污染物浓度高于室外，甚至高于工业区。据有关部门测试，现代居室内空气中挥发性有机化合物高达300多种，其中对人体容易造成伤害、甚至致癌的就有20多种，极大地威胁着人类的健康生活。随着人们健康和环保意识的增强，人们对具有光催化净化室内外空气、抗菌杀毒等功能性绿色环保材料的需求日益迫切，纳米TiO2光催化剂的出现为环境净化材料的发展开辟了一片新天地，也为人们对健康环境需求的解决提供了有效的途径。

浅谈纳米材料光催化技术研究现状

龙源期刊网 https://www.docsj.com/doc/6c16640203.html, 浅谈纳米材料光催化技术研究现状 作者：林雪牛文成 来源：《神州》2012年第29期 摘要：近年来，人们对半导体纳米光学材料的研究越来越广泛。从1972年Fujishima和Honda利用TiO2电极实验发现光解水现象开始，人们逐步开始对半导体材料进行研究。本文就纳米材料光催化技术研究现状和发展前景进行了简要介绍。 关键词：纳米材料，光催化 一、纳米材料的分类 人类对材料科学的探索与研究已有上千年的历史了，但是纳米材料作为新型材料的一种，其从发展到现在也不过二三十年的时间。1984年，德国著名学者通过现代技术将一个6nm的铁晶体压制成纳米块，并详细的分析了其内部结构的改变而引起的性能差异。发现从强度和硬度上都较普通钢铁强很多倍，并且在低温下失去传导能力，随着自身晶粒尺寸的减小，材料的熔点也会随之降低。1990年，纳米科技大会在美国第一次胜利举办，《纳米技术杂志》的正 式创刊标志着纳米科技从此正式开山立派。而我国的纳米领域的研究基本与国际发展同步，目前已具备开展纳米科技的研究条件，国家重点研究机构对相关高科技的研究步伐不断加快，部分领域已经与国际先进水平持平，这些都为实现跨越式发展提供了可能。近年来，我国通过结合国家战略需求，对纳米技术在能源、环境、资源和污水处理等领域开展深入研究，纳米材料净化机、助燃剂、固硫剂和降解剂等新型产品相继研究成功。 人们对于一门新学科——纳米材料学的研究已经有一定的进展。通常纳米材料以三种方式分类：按结构分类、按化学组分分类和按应用分类： 1、按结构分，我们通常将其分为四类：第一类是具有原子簇与原子束结构的零维纳米材料；第二类是具有纤维结构的一维纳米材料；第三类是具有层状结构的二维纳米材料；第四类是晶粒尺寸至少在一个方向上在纳米量级的单位纳米材料。 2、按化学组分，通常又有两种分类方式，一种是按材料的化学性质分类，另一种是按材料的物理性质分类。按材料化学性质，我们通常将其分为纳米金属材料，纳米晶体材料，纳米陶瓷，纳米玻璃，纳米高分子和纳米复合材料；按材料物理性质，我们可将纳米材料分为纳米半导体材料，纳米磁性材料，纳米非线性光学材料，纳米铁电体材料，纳米超导材料和纳米热电材料等等。 3、按应用，我们可将其分为纳米电子材料、纳米光催化材料、纳米生物医学材料、纳米光敏材料、纳米储能材料等等。 二、纳米光催化技术的研究现状

纳米材料与纳米催化

纳米材料与纳米催化 1.什么是纳米材料? 基本构成单元内容? 判断的标准什么? 答：纳米材料(nanometer material)是指其结构单元的尺寸介于1纳米～100纳米范围之间。由于它的尺寸已经接近电子的相干长度，它的性质因为强相干所带来的自组织使得性质发生很大变化。并且，其尺度已接近光的波长，加上其具有大表面的特殊效应，因此其所表现的特性，例如熔点、磁性、光学、导热、导电特性等等，往往不同于该物质在整体状态时所表现的性质。纳米材料是在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围。 纳米材料的基本结构单元分为四类： 零维：三维均为纳米尺度，如纳米颗粒、原子团簇等。 一维：空间两维在纳米尺度，如纳米管、纳米棒等。 二维：空间一维在纳米尺度，如超薄膜、多层膜等。 三维：宏观固体，但由纳米基本单元构成，如纳米固体等。 纳米材料的判断标准： 微粒尺寸和晶粒尺寸是否小于100nm； 是否具有不同于常规材料(bulk)的性能。 2.纳米微粒的基本理论的内容是什么（7条）? 并简要说明量子尺寸 效应、小尺寸效应、表面效应？ 答：纳米微粒的基本理论的内容包括久保理论（电子能级的不连续性）、量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应、宏观量子隧道

效应、库仑堵塞与量子隧穿效应、介电限域效应。 量子尺寸效应： 当粒子尺寸下降到某一值时，金属费米能级附近的电子能级由准连续变为离散能级和纳米半导体微粒能隙变宽现象均称为量子尺寸效应。 小尺寸效应： 当超细微粒的尺寸与光波波长、德布罗意波长以及超导态的相干长度或透射深度等物理特征尺寸相当或更小时，晶体周期性的边界条件将被破坏；同时超细微粒的颗粒表面层附近原子密度减小，导致声、光、电、磁、热、力学等特性呈现新的小尺寸效应。 表面效应： 表面效应又称界面效应，是指纳米微粒的表面原子数与总原子数之比随粒径减小而急剧增大后所引起的性质上的变化。随着纳米微粒的粒径逐渐减小达到纳米尺寸，除了造成表面积迅速增加之外，表面能量也会大幅递增。 3.简要说明纳米微粒的化学特征有哪些？防止团聚的方法。 答：纳米微粒的化学特征有吸附、分散和团聚。 吸附是相接触的不同相之间产生的结合现象。吸附可以分成两类，一是物理吸附，吸附剂与吸附相之间是以范德瓦耳斯力之类较弱的物理力结合；二是化学吸附，吸附剂与吸附相之间是以

tio2光催化技术

纳米TiO2光催化剂安全环保性能研究 作者：北京化工大学 徐瑞芬教授 纳米科技的发展为人类治理环境开辟了 一条行之有效的途径，我们可以合理利用自然光资源，通过纳米TiO2半导体的光催化效应，在材料内部由吸收光激发电子，产生电子-空穴对，即光生载流子，迅速迁移到材料表面，激活材料表面吸附氧和水分，产生活性氢氧自由基（oOH ）和超氧阴离子自由基（O2·－），从而转化为一种具有安全化学能的活性物质，起到矿化降解环境污染物和抑菌杀菌的作用。 纳米TiO2光催化应用技术工艺简单、成本低廉，利用自然光即可催化分解细菌和污染物，具有高催化活性、良好的化学稳定性和热稳定性、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，是最具有开发前景的绿色环保催化剂之一。 本研究在用亚稳态氯化法合成纳米二氧化钛的技术基础上，根据光催化功能高效性的需要，进行掺杂和表面处理，制成特有的在室内自然光和黑暗区微光也能显著发挥光催化作用的纳米二氧化钛，将其作为功能粉体材料，复合到塑料、皮革、纤维、涂料等材料中，研制成无污染、无毒害的纳米TiO2光催化绿色复合材料，充分发挥抗菌、降解有机污染物、除臭、自净化的功能，这类环保型功能材料实施方便、应用性强，能实用到生活空间的多种场合，发挥其多功能效应，成为我们生活环境中起长期净化作用的环保材料。 2 纳米TiO2光催化剂对环境的净化功能研究 2．1室内环境的净化 随着建筑材料中各种添加物的使用，室内装饰材料和各种家用化学物质的使用，室内空气污染的程度越来越严重。调查表明，室内空气污染物浓度高于室外，甚至高于工业区。据有关部门测试，现代居室内空气中挥发性有机化合物高达300多种，其中对人体容易造成伤害、甚至致癌的就有20多种，极大地威胁着人类的健康生活。随着人们健康和环保意识的增强，人们对具有光催化净化室内外空气、抗菌杀毒等功能性绿色环保材料的需求日益迫切，纳米TiO2光催化剂的出现为环境净化材料的发展开辟了一片新天地，也为人们对健康环境需求的解决提供了有效的途径。

纳米催化技术

纳米催化技术综述 学院：化学化工专业：化学工程姓名：孙晶芸学号：MZ13485 [摘要]纳米材料由于颗粒小、比表面积大、形成凹凸不平的原子台阶，这些特性是催化剂所必备的，因此进行纳米催化材料的研究开发是非常有意义的。本文就纳米粒子的制备及应用领域为中心进行探讨。[关键字]纳米催化；稀土催化材料；光催化 引言 纳米催化剂由于其高效的还原或氧化作用，在催化领域的应用非常广泛，与普通商用催化剂相比，表现出高活性和高选择性等优异的催化性能。在反应中，纳米催化剂的尺寸、形貌、表面性质等对其活性和选择性起到了关键的作用。纳米颗粒由于尺寸小，表面所占的体积分数大，表面的键态和电子态与颗粒内部不同，表面原子配位不全等，导致表面的活性位置增加，这就使纳米颗粒具备了作为催化剂的基本条件。随着粒径的减小，表面光滑程度变差，形成了凹凸不平的原子台阶，这就增加了化学反应的接触面。 催化剂的作用主要可归结为三个方面：一是提高反应速度，增加反应效率；二是决定反应路径，有优良的选择性，如只进行氢化、脱氢反应，不发生氢化分解和脱水反应；三是降低反应温度。近年来在纳米催化剂的研究方面已取得一些成果，体现了纳米催化剂的优越性[1-5]。目前，关于纳米粒子的催化剂有以下几种，即纳米金属催化剂，主要以贵金属为主，如Pt、Rh、Ag、Pd，非贵金属有Fe、Co、Ni等。第二种以氧化物为载体，把粒径为l nm-10nm的金属粒子分散到这种多孔的衬底上。衬底的种类很多，有氧化铝、氧化硅、氧化镁、氧化钛、沸石等。第三种是WC、γ-Al2O3、γ-Fe2O3等纳米聚合体或者是分散于载体上。 纳米稀土Ti02复合氧化物[6-8]在可见光的照射下对碳氢化合物有催化作用，利用这样一个效应可以在玻璃、陶瓷和瓷砖的表面涂上一层纳米Ti02薄层，有很好的保洁作用，在实验室已制成自洁玻璃和自洁瓷砖。粘污在表面上的物质，包括油污、细菌在光的照射下由于纳米TiO2的催化作用，会进一步氧化变成气体或者很容易被擦掉的物质。这使高层建筑的玻璃、厨房容易粘污的瓷砖的保洁都可以很容易地进行。日本已经制备出保洁瓷砖，装饰了一家医院的墙壁，使用证明，这种保洁瓷砖有明显的杀菌作用。本文根据近几年国内外的研究报道，对纳米催

MS用于催化和纳米材料简介

催化、分离与化学反应 催化对于工业界，特别是化工和石化行业，是一项十分关键的技术，它使得设计具有特定性质的化合物及优化工艺过程成为可能。分子和材料的结构与相互作用控制着催化与分离过程；无论过程中是否使用催化剂，电子结构和热化学都是影响化学反应的关键因素之一。通过把强大的分子模拟技术(包括分子力学和量子力学)与结构判定和建模工具结合，可以帮助我们对这些性质进行深入的了解和研究。化学反应主要由分子的结构及其电子排布所决定，通过分子模拟研究化学反应，需要化学家对反应的过程建立模型并使之可视化，而更重要的是精确计算所研究体系的热力学性质。总之，对催化、分离及反应的计算要求有两个基础：首先是对各种各样的材料和化合物建立模型的能力，包括有机分子、高分子、无机固体、金属及表面等；其次，许多工具是必需的，包括结构判定工具、模拟相互作用和输运性质的分子力学和分子动力学工具以及可准确预测电子结构和热化学性质的量子力学工具。Accelrys将所有这些工具集成到它的Materials Studio软件环境中，这在世界上是独一无二的。Accelrys软件可用于对金属茂催化剂、沸石和分子筛、金属和金属氧化物在内的各种催化体系进行表征、优化和设计。 纳米材料 纳米材料、纳米结构是当今世界新材料研究领域中最富有活力、对未来经济和社会发展有着十分重要影响的研究对象，也是纳米科技中最为活跃、最接近应用的重要组成部分。纳米技术广泛地应用在信息、生物技术、能源、环境、先进制造技术和国防等领域，这当中元件的小型化、智能化、高集成、高密度存储和超快传输等要求是刺激纳米材料快速发展的动力之一。Materials Studio分子模拟平台提供了多种方法来研究纳米材料：原子/分子水平的纳米尺度材料的模拟计算技术、介观尺度的纳米材料模拟技术以及线性标度量子力学方法，这些方法可以帮助研究者构建材料的纳米尺度团簇、周期性结构模型和纳米尺度粗粒度模型，并对纳米尺度基元的表面修饰改性、分子组装与自组装、液滴外延生长、介孔内延生长等行为进行研究，能够对包括金属、合金、氧化物、氮化物、碳化物、离子晶体和半导体等多种纳米材料在内的对象进行系统地计算，可以得到因为纳米尺度的因素引起的纳米材料与结构的特殊的物理与化学特性，比如高韧性纳米陶瓷、纳米药物、超强纳米金属/纤维以及异质、异相的不同性质的纳米基元(零维纳米微粒/团簇、一维纳米管、纳米棒/带/丝等)的组合等，从而可以帮助发现新现象、认识新规律、提出新概念、建立新理论、验证和发展新原理，丰富纳米材料领域的研究内涵，为构筑纳米材料科学体系的新框架奠定基础，最终

纳米结构与纳米材料25个题目+完整答案

1.什么是纳米材料？其内涵是什么？（从零、一、二、三维考虑） 2.纳米材料的四大效应是什么？对每一效应举例说明。 3.纳米材料的常用的表征方法有哪些？ 4.用来直接观察材料形态的SEM、TEM、AFM对所测定的样品有哪些特定要求？从它们的图像中能够得到哪些基本信息？ 5.纳米颗粒的高表面活性有何优缺点？如何利用？ 6.在纳米颗粒的气相合成中涉及到哪些基本环节？气相合成大致可分为哪四种？气相成核理论的机制有哪两种？ 7.溶胶-凝胶法制备纳米颗粒的基本过程是怎样的？ 8.用溶胶-凝胶技术结合碳纳米管的生长机理，可获得密度不同的碳纳米管阵列（也叫纳米森林），简要阐述其主要步骤及如何控制碳纳米管的分布密度？ 9.改变条件可制备不同晶粒大小的二氧化钛，下图分别为两种晶粒尺寸不同的二氧化钛的XRD图与比表面积数据。请用Scherrer 方程、BET比表面积分别估算这两种二氧化钛的晶粒尺寸（XRD测试时所用的 = 1.5406?，锐钛矿相二氧化钛的密度是3.84 g/cm3）（默写出公式并根据图中的数据来计算）。 10.氧化物或者氮化物纳米材料具有许多特殊的功能，请以一种氧化物或者氮化物为例，举出其三种主要的制备方法（用到的原料、反应介质、主要的表征手段）、主要用途（与纳米效应有关的用途）、并介绍这种物质的至少两种晶相。 11.举出五种碳的纳米材料，阐述其一维材料与二维材料的结构特点、用途。 12.简述纳米材料的力学性能、热学性能与光学性能有怎样的变化？ 13.什么叫化学气相沉积法，它与外场结合又可衍生出哪些方法？简述VLS机制。 14.纳米半导体颗粒具有光催化性能的主要原因是什么？光催化有哪些具体应用 15.利用机械球磨法制备纳米颗粒的主要机制是什么？有何优、缺点？ 16 何为“自催化VLS生长”？怎样利用自催化VLS生长实现纳米线的掺杂？ 17.液相合成金属纳米线，加入包络剂(capping reagent)的作用是什么？ 18.何为纳米材料的模板法合成？它由哪些优点？合成一维纳米材料的模板有哪些？ 19.试结合工艺流程图分别说明氧化铝模板的制备过程以及氧化铝模板合成纳米线阵列的过程 20.从力学特性、电学特性和化学特性来阐述碳纳米管的性质，它有哪些主要的应用前景？ 21.如何提高传统光刻技术中曝光系统的分辩率？ 22.试比较电子束刻蚀和离子束刻蚀技术的异同点和优缺点。 23.比较极紫外光刻技术和X射线光刻技术的异同。 24.何为纳米材料的自组装？用于制备纳米结构的微乳液体系一般有几个组成部分？ 25 何谓“取向搭接Oriented attachment”“奥斯德瓦尔德熟化Ostwald ripening”?

纳米催化材料

近年来,纳米技术的发展十分迅猛,对于人们的生活改善起到了较大的促进作用,因此我们有必要对于纳米技术这个新兴领域有一定的了解(本文以纳米催化材料为例)。 纳米技术主要的研究对象是任意一维的尺度小于100nm的晶体、非晶体、准晶体以及界面层结构的材料。,在纳米尺度领域,量子化学和传统的物理定律是不适用的,其本身具有体积效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等。在强化学键存在的材料里面,价电子的离域程度随体系尺寸的不同而变化,同时材料的结构也会因尺寸的变化而可能发生改变,因而导致物质表现出许多依赖于尺寸的化学和物理性质,这些性质包括物质的磁性质、光学性质、熔点、比热容和表面反应性等,本文则主要针对纳米材料的催化特性进行展开讨论。 一、纳米尺寸的材料具有高效催化性质的解释： 纳米结构材料具有很大的比表面积，表明在材料表面有许多原子，因而使得在表面-气体、表面-液体乃至表面-固体反应中原子的利用率非常高，而且表面原子的不饱和性导致大量不饱和键等，使得纳米微粒具有高的表面活性，另外，表面原子数所占比率越大，比表面积越大，那么材料的表面光滑程度就会变差，形成凹凸不平的原子台阶，增加了化学反应的接触面，使其具有优良的催化性能。 二、纳米催化材料的应用范围： 目前，纳米粒子在催化氧化、还原和裂解反应都具有很高的活性和选择性，对于光解水制氢和一些有机合成反应也有明显的光催化性质，因为纳米催化剂的特殊性质，国际上已将纳米粒子催化剂称为第四代催化剂。目前制备出的纳米材料在催化领域主要用于两个方面：一是直接用作主催化剂，二是作为纳米催化剂载体制成负载型催化剂使用。具体来说，一是作为光催化剂，其优点主要是粒径小，粒子表面数量多，光催化效率高，其次纳米粒子分散在介质中具有透明性，便于利用光学手段观察界面间的电荷转移以及纳米粒子光催化剂受到

纳米材料的特点和用途

纳米是一种很小的单位，纳米技术则是一种非常具有市场潜力的新兴科学技术。关于纳米技术的研究，是很多国家研究的一个重要方向，2011年，欧盟通过了纳米材料的定义，纳米材料，即一种由基本颗粒组成的粉状或团块状天然或人工材料，这一基本颗粒的一个或多个三维尺寸在1纳米至100纳米之间，并且这一基本颗粒的总数量在整个材料的所有颗粒总数中占50%以上。这标志着科学史上又一个里程碑。那么，纳米材料的特点和用途有哪些呢？ 一、纳米材料的特点 当粒子的尺寸减小到纳米量级，将导致声、光、电、磁、热性能呈现新的特性。比方说：被广泛研究的II-VI族半导体硫化镉，其吸收带边界和发光光谱的峰的位置会随着晶粒尺寸减小而显著蓝移。按照这一原理，可以通过控制晶粒尺寸来获得不同能隙的硫化镉，这将大大丰富材料的研究内容和可望获得新的用途。我们知道物质的种类是有限的，微米和纳米的硫化镉都是由硫和镉元素组成的，但通过控制制备条件，可以获得带隙和发光性质不同的材料。也就是说，通过纳米技术获得了全新的材料。纳米颗粒往往具有很大的比表面积，每克这种固体的比表面积能达到几百甚至上千㎡，这使得它们可作为高活性的吸附剂和催化剂，在氢气贮存、有机合成和环境保护等领域有着重要的应用前景。对纳米体材料，我们可以用“更轻、更高、更强”这六个字来概括。“更轻”是指借助于纳米材料和技术，我们可以制备体积更小性能不变甚至更好的器件，减小器件的体积，使其更轻盈。如现在小型化了的计算机。“更高”

是指纳米材料可望有着更高的光、电、磁、热性能。“更强”是指纳米材料有着更强的力学性能(如强度和韧性等)，对纳米陶瓷来说，纳米化可望解决陶瓷的脆性问题，并可能表现出与金属等材料类似的塑性。 二、纳米材料的用途 纳米材料应用在信息产业、环境产业、能源环保、生物医药等领域，帮助着产品的进步与发展，为人们的社会发展、科研进步、医药发展带去了很好的辅助。 1、纳米磁性材料 在实际中应用的纳米材料大多数都是人工制造的。纳米磁性材料具有十分特别的磁学性质，纳米粒子尺寸小，具有单磁畴结构和矫顽力很高的特性，用它制成的磁记录材料不仅音质、图像和信噪比好，而且记录密度比γ-Fe2O3高几十倍。超顺磁的强磁性纳米颗粒还可制成磁性液体，用于电声器件、阻尼器件、旋转密封及润滑和选矿等领域。 2、纳米陶瓷材料 传统的陶瓷材料中晶粒不易滑动，材料质脆，烧结温度高。纳米陶瓷的晶粒尺寸小，晶粒容易在其他晶粒上运动，因此，纳米陶瓷材料具有极高的强度和高韧性以及良好的延展性，这些特性使纳米陶瓷材料可在常温或次高温下进行冷加工。如果在次高温下将纳米陶瓷颗粒加工成形，然后做表面退火处理，就可以使纳米材料成为一种表面保持常规陶瓷材料的硬度和化学稳定性，而内部仍具有纳米材料的延展性的高性能陶瓷。 3、纳米传感器 纳米二氧化锆、氧化镍、二氧化钛等陶瓷对温度变化、红外线以及汽车尾气都十分敏感。因此，可以用它们制作温度传感器、红外线检测仪和汽车尾气检测仪，检测灵敏度比普通的同类陶瓷传感器高得多。 4、纳米倾斜功能材料 在航天用的氢氧发动机中，燃烧室的内表面需要耐高温，其外表面要与冷却剂接触。因此，内表面要用陶瓷制作，外表面则要用导热性良好的金属制作。但块状陶瓷和金属很难结合在一起。如果制作时在金属和陶瓷之间使其成分逐渐地连续变化，让金属和陶瓷“你中有我、我中有你”，便能结合在一起形成倾斜功能材料，它的意思是其中的成分变化像一个倾斜的梯子。当用金属和陶瓷纳米颗