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双金属纳米材料与催化

双金属纳米材料与催化
双金属纳米材料与催化

纳米材料特性

《纳米材料导论》作业 1、什么是纳米材料?怎样对纳米材料进行分类? 答:任何至少有一个维度的尺寸小于100nm或由小于100nm的基本单元组成的材料称作纳米材料。它包括体积分数近似相等的两部分:一是直径为几或几十纳米的粒子,二是粒子间的界面。纳米材料通常按照维度进行分类。原子团簇、纳米微粒等为0维纳米材料。纳米线为1维纳米材料,纳米薄膜为2维纳米材料,纳米块体为3维纳米材料,及由他们组成的纳米复合材料。 按照形态还可以分为粉体材料、晶体材料、薄膜材料。 2、纳米材料有哪些基本的效应?试举例说明。 答:纳米材料的基本效应有:一、尺寸效应,纳米微粒的尺寸相当或小于光波波长、传导电子的德布罗意波长、超导态的相干长度或投射深度等特征尺寸时,周期性的边界条件将被破坏,声、光、电、磁、热力学等特征性即呈现新的小尺寸效应。出现光吸收显著增加并产生吸收峰的等离子共振频移; 磁有序态转为无序态;超导相转变为正常相;声子谱发生改变等。例如,纳米微粒的熔点远低于块状金属;纳米强磁性颗粒尺寸为单畴临界尺寸时,具有很高的矫顽力;库仑阻塞效应等。二、量子效应,当能级间距δ大于热能、磁能、静磁能、静电能、光子能量或超导态的凝聚能时,必须考虑量子效应,随着金属微粒尺寸的减小,金属费米能级附近的电子能级由准连续变为离散能级的现象和半导体微粒存在不连续的最高被占据分子轨道和最低未被占据分子轨道,能隙变宽的现象均称为量子效应。例如,颗粒的磁化率、比热容与所含电子的奇、偶有关,相应会产生光谱线的频移,介电常数变化等。 三、界面效应,纳米材料由于表面原子数增多,晶界上的原子占有相当高的 比例,而表面原子配位数不足和高的表面自由能,使这些原子易与其它原子相结合而稳定下来,从而具有很高的化学活性。引起表面电子自旋构象和电子能谱的变化;纳米微粒表面原子运输和构型的变化。四、体积效应,由于纳米粒子体积很小,包含原子数很少,许多现象不能用有无限个原子的块状物质的性质加以说明,即称体积效应。久保理论对此做了些解释。 3、纳米材料的晶界有哪些不同于粗晶晶界的特点? 答:纳米晶的晶界具有以下不同于粗晶晶界结构的特点:1)晶界具有大量未被原子占据的空间或过剩体积,2)低的配位数和密度,3)大的原子均方间距,4)存在三叉晶界。此外,纳米晶材料晶间原子的热振动要大于粗晶的晶间原子的热振动,晶界还存在有空位团、微孔等缺陷,它们与旋错、晶粒内的位错、孪晶、层错以及晶面等共同形成纳米材料的缺陷。 4、纳米材料有哪些缺陷?总结纳米材料中位错的特点。 答:纳米材料的缺陷有:一、点缺陷,如空位,溶质原子和杂质原子等,这是一种零维缺陷。二、线缺陷,如位错,一种一维缺陷,位错的线长度及位错运动的平均自由程均小于晶粒的尺寸。三、面缺陷,如孪晶、层错等,这是一种二维缺陷。纳米晶粒内的位错具有尺寸效应,当晶粒小于某一临界尺寸时,位错不稳定,趋向于离开晶粒,而当粒径大于该临界尺寸时,位错便稳定地存在于晶粒 T 内。位错与晶粒大小之间的关系为:1)当晶粒尺寸在50~100nm之间,温度<0.5 m

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

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 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中心,抑制了两者的复合,以至于光催化活性有所提高,但也有的缺陷可能成为

纳米催化剂

纳米催化剂的制备及应用 学院:化工学院专业:化学工程与技术 学生姓名:学号: 摘要:纳米催化剂具有大比表面积、高表面能、高度的光学非线性、特异催化性和光催化性等特性,在一些反应中表现出优良的催化性能。本文简要介绍了纳米催化剂的基本性质,综述了纳米催化剂的制备方法和特性,讨论了纳米催化在化工中的应用,对今后纳米催化材料研究方向进行了展望。 关键词:纳米催化剂制备在化工中的应用发展 近年来,纳米催化剂(Nanometer catalyst--NCs)的相关研究蓬勃发展。NCs 具有比表面积大、表面活性高等特点,显示出许多传统催化剂无法比拟的优异特性;此外,NCs还表现出优良的电催化、磁催化等性能,已被广泛地应用于石油、化工、能源、涂料、生物以及环境保护等许多领域。目前,纳米技术的研究主要向两个方向进行:一是通过新技术减少目前使用的材料如金属氧化物的用量;二是进行新材料的开发,如复合氧化物纳米晶。由于纳米粒子表面积大、表面活性中心多,所以是一种极好的催化材料。将普通的铁、钴、镍、钯、铂等金属催化剂制成纳米微粒,可大大改善催化效果。在石油化工工业采用纳米催化材料,可提高反应器的效率,改善产品结构,提高产品附加值、产率和质量。目前已经将纳米粉材如铂黑、银、氧化铝和氧化铁等直接用于高分子聚合物氧化、还原和合成反应的催化剂。纳米铂黑催化剂可使乙烯的反应温度从600e降至常温。随着世界对环境和能源问题认识的深入,纳米材料在处理污染、降解有毒物质方面有良好光解效果[1]。在润滑油中添加纳米材料可显著提高其润滑性能和承载能力,减少添加剂的用量,提高产品的质量。对纳米催化剂的研究无论理论上还是实际应用上都具有深远的意义。 1纳米催化剂的制备方法 纳米催化剂的制备方法直接影响到其结构、粒径分布和形态,从而影响其催化性能。文献中报道的制备方法多达数10种,本文主要介绍其中常用的几种。1.1溶胶-凝胶法 溶胶-凝胶法是指金属有机或无机化合物经过溶胶-凝胶化和热处理形成氧化物或其他固体化合物的方法。其过程是:用液体化学试剂(或粉状试剂溶于溶剂中)或溶胶为原料,而不是传统的粉状物为反应物,在液体中混合均匀并进行反

贵金属纳米材料及其应用

贵金属纳米材料及其应用 张丹丹 (化学与环境工程学院11应化1班11331123) 摘要:系统地介绍了贵金属纳米材料的制备方法,以及其在催化剂、卫生医用及传感材料等方面的应用。 关键词:贵金属;纳米材料;制备;应用 1 前言 纳米材料由于具有量子效应、小尺寸效应及表面效应,呈现出许多特有的物理、化学性质,已成为物理、化学、材料等诸多学科研究的前沿领域。 贵金属纳米材料是纳米材料的一个重要组成部分,由于其将贵金属独特的物理化学性质与纳米材料的特殊性能有机地结合起来,在化学催化、能源、电子和生物等领域有着广阔的应用前景,得到了越来越广泛的重视。 2 贵金属纳米材料的制备 纳米材料的制备方法主要可分为物理方法和化学方法两大类。在制备纳米微粒的过中,关键是控制纳米微粒的尺寸、较窄的粒度分布范围及纳米微粒的分散性。目前,关于贵金属纳米微粒的制备方法的报道较多,也有关于大尺寸纳米贵金属、复合贵金属纳米材料及贵金属纳米线和纳米管的报道。除了常用的制备方法外,近年还提出了新的制备方法,如“Ship-in-Bottle”法等。 2.1 贵金属纳米微粒的制备 纳米微粒多用液相法制备,与气相法相比,液相法的设备投资少,操作较简便。最常用的是溶胶-凝胶法和沉淀法等。沉淀法是将沉淀剂加入到金属盐溶液中,进行沉淀处理,然后将沉淀物加热分解得到金属纳米微粒。1995年我国华东理工大学张宗涛等[1]用高分子保护化学还原沉淀法成功制备了平均粒径为30-100nm 的球型银粉。此法用水合肼作还原剂,水为分散介质,聚乙烯吡咯烷酮(pvp)为保护剂,在搅拌下将AgNO3水溶液滴加入PVP 和水合肼的混合溶液中。反应终止后,将所得的Ag粉用水和丙酮洗涤,40℃下干燥12h,

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

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

纳米金属材料的发展与应用综述

纳米金属材料的发展与应用 摘要:纳米技术的诞生将对人类社会产生深远的影响,可能许多问题的发展都与纳米材料的发展息息相关。在纳米金属材料的研究中,它的制备、特性、性能和应用是比较重要的方面。本文概要的论述了纳米材料的发现发展过程,并结合当今纳米金属材料研究领域最前沿的技术和成果,简述了纳米材料在各方面的应用及其未来的发展前景。 关键词:纳米金属材料、纳米技术、应用 一、前言 纳米级结构材料简称为纳米材料(nanomater 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。 纳米粒子异于大块物质的理由是在其表面积相对增大,也就是超微粒子的表面布满了阶梯状结构,此结构代表具有高表能的不安定原子。这类原子极易与外来原子吸附键结,同时因粒径缩小而提供了大表面的活性原子。 纳米技术在世界各国尚处于萌芽阶段,美、日、德等少数国家,虽然已经初具基础,但是尚在研究之中,新理论和技术的出现仍然方兴未艾。我国已努力赶上先进国家水平,研究队伍也在日渐壮大。 二、纳米材料的发现和发展 1861年,随着胶体化学的建立,科学家们开始了对直径为1~100nm的粒子体系的研究工作。1990年7月在美国召开了第一届国际纳米科技技术会议(International Conference on Nanoscience &Technology),正式宣布纳米材料科学为材料科学的一个新分支。自20世纪70年代纳米颗粒材料问世以来,从研究内涵和特点大致可划分为三个阶段: 第一阶段(1990年以前):主要是在实验室探索用各种方法制备各种材料的纳米颗粒粉体或合成块体,研究评估表征的方法,探索纳米材料不同于普通材料的特殊性能;研究对象一般局限在单一材料和单相材料,国际上通常把这种材料称为纳米晶或纳米相材料。 第二阶段(1990~1994年):人们关注的热点是如何利用纳米材料已发掘的物理和化学特性,设计纳米复合材料,复合材料的合成和物性探索一度成为纳米材料研究的主导方向。 第三阶段(1994年至今):纳米组装体系、人工组装合成的纳米结构材料体系正在成为纳米材料研究的新热点。国际上把这类材料称为纳米组装材料体系或者纳米尺度的图案材料。它的基本内涵是以纳米颗粒以及它们组成的纳米丝、管为基本单元在一维、二维和三维空间组装排列成具有纳米结构的体系。 三、纳米材料的应用 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

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。

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)

金属纳米材料制备技术的研究进展

金属纳米材料制备技术的研究进展 摘要:本文从金属纳米材料这一金属材料重要分支进行了简要的阐述,其中重 点讲述了强行塑性变形及胶束法制备纳米材料,并分析了金属纳米材料的现状及对今后的展望。 关键字:晶粒细化;强烈塑性变形;胶束法;块状纳米材料 引言: 金属材料是指金属元素为主构成的具有金属特性的材料的统称。包括金属、合金、金属间化合物和特种金属材料等。人类文明的发展和社会的进步同金属材料关系十分密切。继石器时代之后出现的铜器时代、铁器时代,均以金属材料的应用为其时代的显著标志。 现代,种类繁多的金属材料已成为人类社会发展的重要物质基础。同时,人类文明的发展和社会的进步对金属材料的服役性能提出了更高的要求,各国科学家积极投身于金属材料领域,向金属材料的性能极限不断逼近,充分利用其为人类服务。 一种崭新的技术的实现,往往需要新材料的支持。例如,人们早就知道喷气式航空发动机比螺旋桨航空发动机有很多优点,但由于没有合适的材料能承受喷射出燃气的高温,是这种理想只能是空中楼阁,直到1942年制成了耐热合金,才使喷气式发动机的制造得以实现。 1金属纳米材料的提出 从目前看,提高金属材料性能的有效途径之一是向着金属结构的极端状态发展:一方面认为金属晶界是薄弱环节,力求减少甚至消除晶界,因此发展出了单晶与非晶态合金;另一方面使多晶体的晶粒细化到纳米级(一般<100 nm,典型为10 nm左右)[1]。细化晶粒是金属材料强韧化的重要手段之一,它可以有效地提高金属材料的综合力学性能,尤其是当金属材料的晶粒尺寸减小到纳米尺度时,金属表现出更加优异的力学性能[2]。因此,金属材料晶粒超细化/纳米化技术的发展备受人们关注,一系列金属纳米材料的制备技术相继提出并进行了探索,包括电沉积法、溅射法、非晶晶化法、强烈塑性变形法(Severe Plastic Deformation, SPD)、粉末冶金法以及热喷涂法等[3]。 金属纳米材料是指三维空间中至少有一维处于纳米尺度或由它们作为基本单元构成的金属材料。若按维数,纳米材料的基本单元可分为( 类:一是零维。指在空间三维尺度均在纳米尺度,如纳米粉体、原子团簇等;二是一维。指在空间有两维处于纳米尺度,如纳米丝、纳米棒、纳米管等;三是二维。指在三维空间中有一维处于纳米尺度,如超薄膜、多层膜及超晶格等。超微颗粒的表面具有很高的活性,在空气中金属颗粒会迅速氧化而燃烧。利用表面活性,金属超微颗粒可望成为新一代的高效催化剂和贮气材料以及低熔点材料[4]。金属纳米颗粒表现出许多块体材料所不具备的优越性质,可用于催化、光催化、燃料电池、化学传感、

纳米材料论文

纳米材料的制备技术进展及展望 物理工程学院2007级应用物理学03班衷雷 20072200342 摘要综述了国内外块状纳米材料的制备技术进展及存在的问题。提出了超短时脉冲电流直接晶化法和深过冷直接晶化法两类潜在的块状金属纳米晶制备技术,并对今后的研究及发展前景进行了展望。 关键词:纳米晶块体材料制备非晶晶化机械合金化深过冷 自80年代初德国科学家H.V.Gleiter成功地采用惰性气体凝聚原位加压法制得纯物质的块状纳米材料后[1],纳米材料的研究及其制备技术在近年来引起了世界各国的普遍重视。由于纳料材料具有独特的纳米晶粒及高浓度晶界特征以及由此而产生的小尺寸量子效应和晶界效应,使其表现出一系列与普通多晶体和非晶态固体有本质差别的力学、磁、光、电、声等性能[2],使得对纳米材料的制备、结构、性能及其应用研究成为90年代材料科学研究的热点。为使这种新型材料既有利于理论研究,又能在实际中拓宽其使用范围,探索高质量的三维大尺寸纳米晶体样品的制备技术已成为纳米材料研究的关键之一。本文综述国内外现有块状金属纳米材料的制备技术进展,并提出今后可能成为块状金属纳米材料制备的潜在技术。 1现有块状金属纳米材料的制备技术 1.1 惰性气体凝聚原位加压成形法 该法首先由H.V.Gleiter教授提出[1],其装置主要由蒸发源、液氮冷却的纳米微粉收集系统、刮落输运系统及原位加压成形(烧结)系统组成。其制备过程是:在高真空反应室中惰性气体保护下使金属受热升华并在液氮冷镜壁上聚集、凝结为纳米尺寸的超微粒子,刮板将收集器上的纳米微粒刮落进入漏斗并导入模具,在10-6Pa高真空下,加压系统以1~5 GPa的压力使纳米粉原位加压(烧结)成块。采用该法已成功地制得Pd、Cu、Fe、Ag、Mg、S b、Ni3Al、NiAl、TiAl、Fe5Si95等合金的块状纳米材料[3]。近年来,在该装置基础之上,通过改进使金属升华的热源及方式(如采用感应加热、等离子体法、电子束加热法、激光热解法、磁溅射等)以及改良其它装备,可以获得克级到几十克级的纳米晶体样品。纳米超饱和合金、纳米复合材料等也正在利用此法研究之中。目前该法正向多组分、计量控制、多副模具、超高压力方向发展。 该法的特点是适用范围广,微粉表面洁净,有助于纳米材料的理论研究。但工艺设备复杂,产量极低,很难满足性能研究及应用的要求,特别是用这种方法制备的纳米晶体样品存在大量的微孔隙,致密样品密度仅能达金属体积密度的75%~90%,这种微孔隙对纳米材料的结构性能研究及某些性能的提高十分不利。近年来,尽管发展了一些新的纳米粉制备方法

纳米金属材料的进展与挑战

纳米金属材料进展和挑战 1 引言 40多年以前,科学家们就认识到实际材料中的无序结构是不容忽视的。许多新发现的物理效应,诸如某些相转变、量子尺寸效应和有关的传输现象等,只出现在含有缺陷的有序固体中。事实上,如果多晶体中晶体区的特征尺度(晶粒或晶畴直径或薄膜厚度)达到某种特征长度时(如电子波长、平均自由程、共格长度、相关长度等),材料的性能将不仅依赖于晶格原子的交互作用,也受其维数、尺度的减小和高密度缺陷控制。有鉴于此,HGleitCr认为,如果能够合成出晶粒尺寸在纳米量级的多晶体,即主要由非共格界面构成的材料。 例如,由50%(in vol.)的非共植晶界和50%(in vol.)的晶体构成],其结构将与普通多晶体(晶粒大于lmm)或玻璃(有序度小于2nm)明显不同,称之为纳米晶体材料(nanocrystalline materials)。后来,人们又将晶体区域或其它特征长度在纳米量级范围(小于100nn)的材料广义定义为纳米材料或纳米结构材料(nanostructured materials)。由于其独特的微结构和奇异性能,纳米材料引起了科学界的极大关注,成为世界范围内的研究热点,其领域涉及物理、化学、生物、微电子等诸多学科。目前,广义的纳米材料的主要l)清洁或涂层表面的金属、半导体或聚合物薄膜;2)人造超晶格和量子讲结构;功半结晶聚合物和聚合物混和物;3)纳米晶体和纳米玻璃材料;4)金属键、共价键或分子组元构成的纳米复合材料。 经过最近十多年的研究与探索,现已在纳米材料制备方法、结构表征、物理和化学性能、实用化等方面取得显著进展,研究成果日新月异,研究范围不断拓宽。本文主要从材料科学与工程的角度,介绍与评述纳米金属材料的某些研究进展。

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。

金属纳米材料的应用研究

金属纳米材料的应用与研究 【前言】著名科学家费曼于1959年所作的《在底部还有很大空间》的演讲中,以“由下而上的方法”(bottom up) 出发,提出从单个分子甚至原子开始进行组装,以达到设计要求。他说道,“至少依我看来,物理学的规律不排除一个原子一个原子地制造物品的可能性。”并预言,“当我们对细微尺寸的物体加以控制的话,将极大得扩充我们获得物性的范围。”[1] 1974年,科学家唐尼古奇最早使用纳米技术一词描述精密机械加工。1982年,科学家发明研究纳米的重要工具--扫描隧道显微镜,使人类首次在大气和常温下看见原子,为我们揭示一个可见的原子、分子世界,对纳米科技发展产生了积极促进作用。 1990年7月,第一届国际纳米科学技术会议在美国巴尔的摩举办,标志着纳米科学技术的正式诞生。 【摘要】纳米技术是当今世界最有前途的决定性技术。文章简要地概述了纳米技术,纳米材料的结构和特殊性质以及纳米纳米材料各方面的性能在实际中的应用,并展望了纳米材料的应用前景。 1.纳米科学和技术 1.1 纳米科技的定义 纳米科技是20世纪80年代末诞生并正在崛起的新科技,是一门在0.1~ 100 nm尺度空间内,研究电子、原子和分子运动规律和特性的高技术学科。其涵义是人类在纳米尺寸(10-9--10-7m)范围内认识和改造自然,最终目标是通过直接操纵和安排原子、分子而创造特定功能的新物质。纳米科技

是现代物理学与先进工程技术相结合的基础上诞生的,是一门基础研究与应用研究紧密联系的新兴科学技术。其中纳米材料是纳米科技的重要组成部分。 1.2 纳米科技的内容 纳米科技主要包含:纳米物理学;纳米电子学;纳米材料学;纳米机械学;纳米生物学;纳米显微学;纳米计量学;纳米制造学…… 1.3 纳米科技的内涵 第一:纳米科技不仅仅是纳米材料的问题。目前科技界普遍公认的纳米科技的定义是:在纳米尺度上研究物质的特性和相互作用以及如何利用这些特性和相互作用的具有多学科交叉性质的科学和技术。纳米科技与众多学科密切相关,它是一门体现多学科交叉性质的前沿领域。现在已不能将纳米科技划归任何一个传统学科。如果将纳米科技与传统学科相结合,可产生众多的新的学科领域,并派生出许多新名词。这些新名词所体现的研究内容又有交叉重叠。若以研究对象或工作性质来区分,纳米科技包括三个研究领域:纳米材料;纳米器件;纳米尺度的检测与表征。其中纳米材料是纳米科技的基础;纳米器件的研制水平和应用程度是人类是否进入纳米科技时代的重要标志;纳米尺度的检测与表征是纳米科技研究必不可少的手段和理论与实验的重要基础。目前人们对纳米科技的理解,似乎仅仅是讲纳米材料,只局限于纳米材料的制备,这是不全面的。主要原因:国内科研经费的资助以及有影响的成果的获得,主要集中在纳米材料领域,而且我国目前纳米科技在实际生活中的应用也最先在纳米材料这一领域表现出来。我国现在300余家从事纳米科技研发的公司也主要是从事纳米材

【CN110124702A】一种双金属磷化物复合还原石墨烯纳米电催化材料的制备方法【专利】

(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910325365.4 (22)申请日 2019.04.22 (71)申请人 浙江大学 地址 310058 浙江省杭州市西湖区余杭塘 路866号 (72)发明人 刘毅 赵蓉 杨梦雅 王欢  姜永学 王聪  (74)专利代理机构 浙江杭州金通专利事务所有 限公司 33100 代理人 徐关寿 (51)Int.Cl. B01J 27/185(2006.01) B01J 37/28(2006.01) C25B 11/06(2006.01) C25B 1/04(2006.01) (54)发明名称 一种双金属磷化物复合还原石墨烯纳米电 催化材料的制备方法 (57)摘要 本发明公开了一种双金属磷化物复合还原 石墨烯纳米电催化材料的制备方法,包括步骤1) 将氧化石墨烯溶于水,超声至均匀;2)将四水合 醋酸镍和四水合醋酸钴分别加到氧化石墨烯溶 液中,搅拌均匀得溶液A;3)将2,5-二羟基对苯二 甲酸与氢氧化钠溶于去离子水中,搅拌均匀得溶 液B;4)将溶液A与溶液B均匀混合反应后,离心收 集得到沉淀物,将沉淀物洗涤后冷冻干燥,得含 Ni、Co双金属MOF复合氧化石墨烯纳米材料;5)将 步骤4)中得到的材料和次磷酸钠分别置于管式 炉中,在惰性气氛下升温并保温一段时间,冷却 至室温后得到含Ni与Co的双金属磷化物复合还 原石墨烯纳米电催化材料NiCo/P -rGO。本方法操 作简便、成本低廉,得到的材料具有较好的电催 化性能。权利要求书1页 说明书6页 附图2页CN 110124702 A 2019.08.16 C N 110124702 A

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

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