纳米科技与应用化学

纳米科技与应用化学

班级：1307401 学号：1130700116 姓名：王跃【关键字】纳米化学应用

【摘要】随着纳米科技的发展，越来越多的行业开始设计纳米领域，而化学作为一门基础学科，更是走在研究纳米科技的前列。本文便结合实例，分析总结纳米科技在化学许多方面的应用和研究。

纳米科技是在20 世纪80 年代末逐步发展起来的前沿、交

叉性新兴科学, 其迅猛发展已将成为21 世纪科技发展的主流之

一[1~3]纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围

(小于100nm) 或由它们作为基本单元构成的具有特殊物理化学

性能的材料。纳米粒子由于具有4 大效应( 包括表面效应、小

尺寸效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应) , 从而使纳米材

料的磁、光、声、热、力学、电以及超导电性等与一般材料的宏

观特性有着显著的区别。纳米材料的奇异性是由其构成基本单元

的尺寸及其特殊的界面、表面结构所决定。纳米材料与纳米技术

已经广泛应用在各个领域[3~ 5] 。

下面着重介绍几个纳米材料在化学方面的应用与研究。

1、纳米催化剂

化学家研究纳米物质一开始就把注意力放在催化方面。实际上, 人们长期应用的催化剂中, 确有一些就是由纳米颗粒组成的。但是它

们几乎都是密实的团聚体, 没有发挥纳米颗粒的特点[6]。近年来，人们也研制出很多催化活性很高的纳米催化剂，如纳米金的催化。

金（Au）历来被认为是化学惰性的，因此，在化工领域应用较少。然而随着纳米技术的发展，对纳米材料研究的不断深入，纳米Au 的一些独特性质也逐渐被发现。其中尤其引起人们关注的就是纳米Au 的催化性能。当Au 以纳米尺寸均匀分散时，在一些反应中表现出了优异的催化活性。

苯甲醛是一种重要的有机化工原料。主要用作生产月桂醛、月桂酸、苯乙醛、苯甲酸苄酯的原料。也是染料、香料及药品的重要中间体。苯甲醇氧化是目前制苯甲醛的最主要的合成方法。Chen 等[7]将HAuCl4 引进SBA- 15 孔壁中，然后经过煅烧，得到硅介孔壁含金纳米颗粒的GMS 系列，该催化剂在403 K、1.5 MPa 非溶剂下对苯甲醇氧化得到苯甲醛具有很高的选择性和转化率, 且在反应中具有很好的稳定性。

烟道气是指煤等化石燃料燃烧时候所产生的对环境有污染的气态物质。由于不完全燃烧使得烟道气中含有有毒的NO。通常烟道气中含NO, SO2 ,H2O, CO2 , O2 等成分，发展一种合适的催化剂在较低温度下抵制SO2 , H2O 的失活作用并选择性地催化氧化NO 是非常必要的。金负载催化剂对NOx 的各种还原反应均具有良好的催化活性。Hui Wang等[8]用共沉淀法将纳米金负载Co3O4 上, 使Au 的平均粒径达约4 nm，并在120℃的较低温度下SO2、H2O存在下的有效地催化转化了烟道气中的NO。

2、纳米涂料

涂料是在汽车、建材、航空、船舶等领域应用十分广泛的材料, 利用纳米技术提高涂料性能或赋予其它功能已成为涂料行业研究与应用的热点[9]。将纳米材料应用于涂料中, 不仅可使涂料的传统性能, 如粘结性、耐冲击性、柔韧性、耐老化性、耐腐蚀性、抗辐射性等得到大大的提高和改善, 还使得其具有一些新的功能, 如自清性、抗静电、吸波隐身等性能, 从而提高涂料产品的性能。

利用纳米技术对涂料的基本性能进行改进与提升。柯博等从纳米SiO2 的结构出发, 阐述了纳米SiO2 改善涂料性能的原理, 认为纳米SiO2 涂料的触变性、颜料悬浮性、抗老化性等有明显改善。徐国财将平均粒径30nm 的纳米SiO2 用于紫外光固化涂料后, 提高了涂膜的固化速度、硬度、附着力和低温下的热稳定性[10] 。

纳米材料与技术可赋予涂料许多不同的新功能。北京中国科学院开发出了一种纳米复合耐高温防火涂料, 这种涂料为多相复合体系, 由纳米碳化硅、纳米硅酸盐粘土等以及磷酸盐、氧化物及纳米硅酸铝等纳米粒子中添加纳米的有机高分子材料(包括粘合剂)的插层复合法制备而成。

利用纳米材料的光催化性将纳米材料掺入到涂料中可制得具有抗菌、环保、自清洁功能的纳米复涂料。复旦大学涂料工程研究中心利用纳米粒子( SiO2、TiO2 、ZnO) 对紫外线的超强吸收性及纳米粒子的高表面活性对细菌的杀伤力( 纳米抗菌粉) ,在实验室规模上成功制备出超耐候外墙涂料及纳米内墙抗菌涂料。

3、纳米化学镀层

随着对纳米材料的研究，发现许多低维、小尺寸、功能化的纳米结构表面层, 能够显著改善材料的组织结构赋予材料新的性能。纳米表面工程就是将纳米技术与纳米材料和表面工程交叉、复合、综合并开发应用。而作为纳米表面工程的关键技术之一的纳米复合镀是在复合镀基础上发展起来的一种新工艺，它用纳米颗粒代替了传统复合镀中使用的微米颗粒。纳米材料具有许多奇特的性能，可以得到功能各异的复合镀层。

许小锋[11]等在化学镀Ni—P合金镀液中添加纳米A12032乏PTFE 获得(Ni—P)-A1203-PTFE复合镀层。并进行了腐蚀试验，镀层的耐蚀性能用挂片腐蚀法进行测试。镀态下在质量分数为10％HCl溶液中的年腐蚀速率为138．1mg／(a．cm2)，比相同条件下Crl8Ni9不锈钢的腐蚀速率1200mg／(a．cm2)的耐蚀性能要好得多。赵芳霞[12]等采用全浸泡腐蚀试验，系统研究了Ni—P-纳米，Ti02复合镀层在HCl、H2S04、HN03、NaOH和NaCl溶液中的耐腐蚀性能。结果表明，Ni．P．纳米Ti02复合镀层比Ni—P化学镀层具有更优异的耐酸、耐碱、耐盐腐蚀的性能，复合镀层在盐和碱性腐蚀液中的耐蚀性优于酸性腐蚀液，Ni．P．纳米Ti02复合镀层在不同腐蚀液中的腐蚀形态明显不同，保持镀层在腐蚀液中的完整性对提高镀层的耐腐蚀陛能至关重要。

4、纳米过滤分离

纳米过滤(Nanofiltration) 是20 世纪80 年代末发展起来一种新型膜分离技术。纳米膜有两个显著的特点:一是它的截留分子量