纳米材料的化学性质

纳米材料的化学性质

摘要：本文主要阐述了纳米材料比表面积的特征结构，及由其结构而导致的独特的化学性能，

并讲述了纳米材料化学性能在催化剂方面的实际应用。

关键字：纳米材料纳米纳米化学纳米材料的应用纳米催化剂

Summary:This text mainly elaborated the Na rice's material accumulates than the

surface of characteristic structure, and from its structure but cause of special chemistry function, and related the Na rice material chemistry function's actual application in catalyst.

Key word:The applied Na rice of the Na rice material Na rice Na rice chemistry

Na rice material catalyst

纳米微粒独特的比表面积

人们通常把粒径分布在1~100nm

的细微粒子称为纳米粒子,纳米粒子

的集合体称为纳米粉末。纳米粒子的

尺寸与化学中胶体粒子大致相当,介

于原子、分子与块状物体之间,用肉

眼或性能最优良的光学显微镜均无法

辩认,但可借助电子显微镜观察。纳

米粒子的比表面积是纳米微粒一个非

常重要的参数。

球体颗粒的表面积与直径的平方成正

比，其体积与直径的立方成正比，故

其表面积与直径成反比。随着颗粒直径变小，比表面积将会显著增大，说明表面原子所占的

百分数将会显著增加。对直径大于0.1um的颗粒的表面效应可忽略不计，当尺寸小于0.1um

时，其表面原子百分数急剧增加，甚至1g超微颗粒表面积的总和可高达100平方米.

③

纳米微粒的团聚

由于纳米微粒的比表面积大，表面能升高。如铜粉，粒度为100um时，每克的比表面

积为4.2×10∧3平方厘米，当它的粒度为1um时，4.2×10∧5平方厘米，大了100倍，表

面的原子数所占的比例也大大增加了，因而其表面活性增强，粒子之间的吸引力增加④。

团聚颗粒结构图⑤

纳米微粒在团聚前后表面自由能的变化<0，可

见，团聚使系统自由能减少，根据热力学定律，纳

米微粒从分散向团聚变化是不可逆的、自发的过程。

在纳米微粒形成过程中，表面往往带有静电，这种

粒子极不稳定，在微粒的相互碰撞过程中，它们很

容易团聚在一起形成表面能较低的、带有弱连接界

面的、尺寸较大的团聚体。纳米微粒制备时，颗粒

间的范德华力远大于微粒本身的重力，他们的化学

键造成的粘附，对纳米微粒的制备造成了困难。

纳米粒子的实际应用--纳米粒子的催化作用

由以上可知，纳米微粒有很大的比表面积和表面分子比例，直径小，易于同反应物发生反应，所以催化效果很好。

纳米粒子的催化作用有以下两种：

1.金属纳米粒子的催化作用。由于纳米粒子比表面积比较大，粒径小，随着粒径的减小,表面光滑程度降低,形成了凸凹不平的原子台阶,这就增加了化学反应的接触面,从而提高了催化剂的有效利用率。所以催化效果比较好。实际生活中，火箭固体燃料反应触媒为金属纳米催化剂，这样做使燃料效率提高100倍。Au纳米粒子沉积在氧化铁、氧化镍衬底，在70℃时就具有较高的催化氧化活性。一般金属纳米催化剂都分散在氧化物载体上，常见的这类载体有八面沸石和Beta沸石。

八面沸石 Beta沸石

2.纳米粒子聚合体的催化作用。常见的此类催化剂有WC、氧化铝、氧化铁等粒子的聚合体。在生活中，常用Fe、Ni的纳米粉体与γ-Fe₂O₃混合烧结体代替贵金属作为汽车尾气净化剂。

氧化铝聚合体 pt-fe催化剂

例如：

科研人员通过溶胶凝胶法，控制溶胶凝胶制备过程的影响因素、纳米氧化铝前驱体的热处理工艺和粉体表面改性，制备出了分散性好、多形貌的高纯纳米γ-Al2O3粉体，较好地解决了粉体的团聚现象，并优化了制备及热处理工艺条件，研发出了正己醇分离的适宜工艺路线。该纳米材料已在多种催化剂制备中得到工业化应用，具有杂质含量少、孔容大、比表面大、孔径分布合理等优点，可以达到进口催化剂的指标。该项目于今年6月进行了1000t/a工业应用。截至目前装置连续运转，累计新增产值3.5亿元以上。⑦

③张立德著纳米材料学1994年

④杨志伊主编纳米科技 2004年01月第1版

⑤杨志伊主编纳米科技 2004年

⑦摘自中国化工报作者：李琮 2010年