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纳米材料光催化技术现状论文

纳米材料光催化技术现状论文
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浅谈纳米材料光催化技术研究现状摘要: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

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

纳米材料论文汇总

纳米材料技术介绍 专业:机械设计制造及其自动化 学生姓名:胡宇杨 学号:1120101117 班级:D机制131

引言:纳米概念是1959年木,诺贝尔奖获得着理查德.费曼在一次讲演中提出的。他在“There is plenty of room at thebottom”的讲演中提到,人类能够用宏观的机器制造比其体积小的机器,而这较小的机器可以制作更小的机器,这样一步步达到分子尺度,即逐级缩小生产装置,以至最后直接按意愿排列原子,制造产品。他预言,化学将变成根据人仃〕的意愿逐个地准确放置原子的技术问题,这是最早具有现代纳米概念的思想。20世纪80年代末、90年代初,出现了表征纳米尺度的重要工具一扫描隧道显微镜(STM),原子力显微镜(AFM)一认识纳米尺度和纳米世界物质的直接的工具,极大地促进了在纳米尺度上认识物质的结构以及结构与性质的关系,出现了纳米技术术语,形成了纳米技术。 其实说起来纳米只是一个长度单位,1纳米(nm)=10又负3次方微米=10又负6次方毫米(mm)=10又负9次方米(m)=l0A。纳米科学与技术(Nano-ST)是研究由尺寸在1-100nm之间的物质组成的体系的运动规律和相互作用以及可能的实际应用中的技术问题的科学技术。关于纳米技术,从迄今为止的研究状况来看,可以分为4种概念。在这里就不一一介绍了。 1纳米材料的特性 纳米是一种度量单位,1 nm为百万分之一毫米,即l毫微米,也就是十亿分之一米,一个原子约为0 1 nm。纳米材料是一种全新的超微固体材料,它是由纳米微粒构成,其中纳米颗粒的尺寸为l~100 nm。纳米技术就是在100 nm以下的微小结构上对物质和材料进行研究处理,即用单个原子、分子制造物质的科学技术…。 纳米微粒是由数目较少的原子和分子组成的原子群或分子群,其占很大比例的表面原于是既无长程序又无短程序的非晶层:而在粒子内部,存在结晶完好的周期性排布的原子,不过其结构与晶体样品的完全长程序结构不同。正是纳米微粒的这种特殊结构,导致了纳米微粒奇异的表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应、量子隧道效应,并由此产生许多纳米材料与常规材料不同的物理、化学特性。 1.1表面与界面效应 纳米材料的表面效应口即纳米微粒表面原子与总原子数比随纳米微粒尺寸的减小而大幅度增加,粒子的表面能及表面张力也随之增加,从而引起纳米榻料性质的变化。例如,粒径为5 nm的SiC比表面积高达300 /12/g;而纳米氧化锡的表面积随粒径的变化更为显著,10 lltlfl时比表面积为90.3 m2/g,5 nm时比表面积增加到181 m2/g,而当粒径小于2 nm 时,比表面积猛增到450 m2/g。这样大的比表面积使处于表面的原子数大大增加.这些袭面原子所处的晶体场环境及结合能与内部原子有所不同,存在着大量的表而缺陷和许多悬挂键,具有高度的不饱和性质,因而使这些原子极易与其他原子相结合而稳定下来,具有很高的化学反应活性。

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

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

半导体纳米材料论文fulltext2

BRIEF COMMUNICATION Preparation and photoelectric properties of mesoporous ZnO ?lms Ming Ming Wu ?Yue Shen ?Feng Gu ? Yi An Xie ?Jian Cheng Zhang ?Lin Jun Wang Received:24June 2009/Accepted:21October 2009/Published online:6November 2009óSpringer Science+Business Media,LLC 2009 Abstract Mesoporous ZnO ?lms doped with Ti 4?(M-ZnO)have been prepared by doping process and sol–gel method.The ?lms have mesoporous structures and consist of nano-crystalline phase,as evidenced from small angle X-ray diffraction and high resolution transmission electron microscopy.The wide angle X-ray diffraction of M-ZnO ?lms con?rms that M-ZnO has hexagonal wurtzite structure and ternary ZnTiO 3phases.Ultraviolet–visible transmittance spectra,absorbance spectra and energy gaps of the ?lms were measured.The Eg of M-ZnO is 3.25eV.Photoluminescence intensity of M-ZnO centered at 380nm increases obviously with the excitation power,which is due to the doping process and enhanced emission ef?ciency.M-ZnO thin ?lms display a positive photovoltaic effect compared to mesoporous TiO 2(M-TiO 2)?lms.Keywords Photoelectric properties áMesoporous áZnO áTiO 2 1Introduction It has been recently shown that semiconducting mesoporous metal oxides,e.g.,SnO 2[1,2]or TiO 2[3],with large speci?c surface areas and uniform pore widths show interesting properties which are superior to non porous samples of the same metal oxides.Zinc oxide (ZnO)is attracting tremendous research interest due to its vast spectrum properties and applications.ZnO is an n-type direct band-gap semiconductor with E g =3.37eV and an exciton-binding energy of 60meV.It has been applied for light-emitting diodes [4–6],lasers [7],photovoltaic solar cells [8],UV-photodetectors [9]and sensors [10].Particularly,it has attracted great attention in Dye-sensitized solar cells (DSSC). To date,the highest solar-to-electric conversion ef?-ciency of over 11%has been achieved with ?lms that consist of mesoporous TiO 2nanocrystallites sensitized by ruthe-nium-based dyes [11].Besides the optical properties similar to TiO 2,ZnO has other advantages such as higher light absorbance below 400nm than TiO 2[12],improved elec-tronic transfer rate and hindered dark current generation [13,14].Nevertheless,ZnO nanostructure electrodes seem to have insuf?cient internal surface areas,which limits their energy conversion ef?ciency at a relatively low level,for example,1.5–2.4%for ZnO nanocrystalline ?lms [15–17],0.5–1.5%for ZnO nanowire ?lms [18–20],2.7–3.5%for uniform ZnO aggregate ?lms [21,22]and 5.4%for poly-disperse ZnO aggregates [8]. In spite of a great deal of effort to successfully synthesize mesoporous ZnO powders successfully [23,24],however,many barriers still exist due to the intrinsic properties of zinc versus silicon.To the best of our knowledge,there were few reports about ordered mesoporous ZnO thin ?lm prepared by wet chemical method.The main hurdles in the synthesis of well-ordered mesoporous ZnO are the high reactivity of Zn ion precursors toward hydrolysis [25]and dif?culty for Zn to form the three-dimensional network structure of Zn-O as compared to Si and Ti [26]. In this work,we report a highly reproducible synthetic method to produce thermally stable M-ZnO ?lms through doping process and sol–gel method.Photoelectric proper-ties of M-ZnO ?lms were studied and compared with M-TiO 2?lms,which can get the highest solar-to-electric conversion ef?ciency. M.M.Wu áY.Shen (&)áF.Gu áY.A.Xie áJ.C.Zhang áL.J.Wang School of Materials Science and Engineering,Shanghai University,Shanghai 200072,China e-mail:yueshen@https://www.docsj.com/doc/c86136532.html,;yueshen126@https://www.docsj.com/doc/c86136532.html, J Sol-Gel Sci Technol (2010)53:470–474DOI 10.1007/s10971-009-2099-7

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。

纳米材料论文

纳米材料的制备技术进展 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1~5GPa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、Sb、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7

纳米材料论文

纳米材料的特性与应用 摘要:纳米材料在结构、光电和化学性质等方面的诱人特征,引起物理学家、材料学家和化学家的浓厚爱好。80年代初期纳米材料这一概念形成以后,世界各国对这种材料给予极大关注。它所具有的独特的物理和化学特性,使人们意识到它的发展可能给物理、化学、材料、生物、医药等学科的研究带来新的机遇。纳米材料的应用前景十分广阔。近年来,它在化工、催化、涂料等领域也得到了一定的应用,并显示出它的独特魅力。 关键词:纳米材料特性应用 1. 纳米发展简史 1959年,着名物理学家、诺贝尔奖获得者理查德。费曼预言,人类可以用小的机器制作更小的机器,最后实现根据人类意愿逐个排列原子、制造产品,这是关于纳米科技最早的梦想。 1991年,美国科学家成功地合成了碳纳米管,并发现其质量仅为同体积钢的1/6,强度却是钢的10倍,因此称之为超级纤维.这一纳米材料的发现标志人类对材料性能的发掘达到了新的高度。1999年,纳米产品的年营业额达到500亿美元。 2.什么是纳米材料 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。 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。 3. 纳米材料的特性 广义地说,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(1-100nm)或由他们作为基本单元构成的材料。 3.1表面与界面效应 这是指纳米晶体粒表面原子数与总原子数之比随粒径变小而急剧增大后所引起的性质上的变化。例如粒子直径为10纳米时,微粒包含4000个原子,表面原子占40%;粒子直径为1纳米时,微粒包含有30个原子,表面原子占99%。主要原因就在于直径减少,表面原子数量增多。再例如,粒子直径为10纳米和5纳米时,比表面积分别为90米2/克和180米2/克。如此高的比表面积会出现一些极为奇特的现象,如金属纳米粒子在空中会燃烧,无机纳米粒子会吸附气体等等。 3.2小尺寸效应

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。

纳米材料论文

上海应用技术大学2017—2018 学年第二学期《纳米材料与未来生活》期(末)试卷课程代码: 学分: 2 课程序号: 班级:学号:姓名: 我已阅读了有关的考试规定和纪律要求,愿意在考试中遵守《考场规则》,如有违反将愿接受相应的处理。 本课程以小论文形式进行期末考核,要求如下: 一、请同学们在下列题目中按照指定题目,写成期末论文。 1、纳米材料先进制备技术 2、纳米材料与未来生物医药 3、纳米材料与未来汽车 4、纳米材料与先进催化 5、纳米材料与未来锂电 6、纳米多孔材料与超级电容器 7、纳米催化剂与燃料电池 8、纳米材料与光催化技术 二、论文写作要求:论文题目应为授课教师指定题目,论文要层次清晰、论点清楚、论据准确;论文写作要理论联系实际,同学们应结合课堂讲授内容,广泛收集与论文有关资料,含有一定案例,参考一定文献资料。三、论文写作格式要求:论文题目要求为宋体三号字,加粗居中;正文部 分要求为宋体小四号字,标题加粗,行间距为1.5 倍行距;论文字数要控制在2000-2500 字;论文标题书写顺序依次为一、(一)、 1.。 四、论文提交注意事项: 1、论文一律以此文件为封面,写明班级、姓名、学号等信息。 2、论文一律采用书面提交方式,在规定时间内提交,逾期将不接受补交

3、如有抄袭雷同现象,将按学校规定严肃处理。

目录 纳米材料的概念 (1) 未来汽车的概念 (1) 未来汽车的外饰 (2) 未来汽车外饰与纳米材料 (2) 未来汽车的内饰 (2) 未来汽车内饰与纳米材料 (3) 总结 (4)

纳米材料与未来汽车 一、纳米材料的概念 (一)、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寸(0.1-100 nm)或由它们作为基本单元构成的材料,这大约相当于10~100 个原子紧密排列在一起的尺度。 (二)、纳米材料的补充 人们普遍认为纳米科技源自费曼于1959 年的一次演讲,而“小就是与众不同”在现在几乎成了纳米科技界的一句口头禅。纳米科技近年来的发展可以说是非常迅猛,从国际上犹如雨后春笋一般冒出来的数十种纳米科技类杂志就可见一斑,其中英国物理学会率先出版Nanotechnology, 美国化学学会继成功出版Nano Letters 之后又推出了ACS Nano可以发现纳米科技有着魔力让人们着迷。 我国台湾把纳米翻译为奈米。我国先后成立了国家纳米科技指导协调委员会和纳米技术专门委员会,建立了国家纳米科学中心、国家纳米技术与工程研究院(天津)、纳米技术及应用国家工程研究中心、国家纳米技术国际创新园。 纳米塑料———强度更高汽车制造中应用的塑料数量将越来越多。纳米塑料可以改变传统塑料的特性,呈现出优异的物理性能:强度高,耐热性强,比重更小。由于纳米粒子尺寸小于可见光的波长,纳米塑料可以显示出良好的透明度和较高的光泽度,这样的纳米塑料在汽车上将有广泛的用途。经过纳米技术处理的部分材料耐磨性更是黄铜的27 倍。除此之外,纳米塑料除了可回收外,还有长期耐紫外线、色泽稳定、质量较轻等优点,在汽车配件中的应用领域相当广泛。在汽车外装件中,主要用于保险杆、散热器、底盘、车身外板、车轮护罩、活动车顶及其它保护胶条、挡风胶条等。在内饰件中,主要用于仪表板和内饰板、安全气囊材料等。 二、未来汽车的概念(一)、未来汽车 未来汽车有别于我们家庭所使用的目前所了解的汽车,未来汽车的发展

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/c86136532.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

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