纳米催化剂的制备

三，纳米催化剂的应用 Ni-Zr合金催化剂，是优越的二氧化碳甲烷化催化剂
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无定型 Ni-Zr催化剂
利用H2化学吸附对合金类催化剂的性能进行评价
纳米二氧化钛粒子的模型
有三种晶形结构：锐钛矿，金红石，和板钛矿
二氧化碳加氢制备甲醇的复合ZnO催化剂
燃烧催化剂
催化剂容易失活， 加入Pt后提高活 性的稳定性。
物理法
1）惰性气体蒸发法 在低压的惰性气体中，加热金属使其蒸发后形成纳米微粒。纳米微粒的粒径 分布受真空室内惰性气体的种类，气体分压及蒸发速度的影响，通过改变这 些因素，可以控制微粒的粒径大小及其分布。该方法适应范围广，微粉颗粒 表面洁净，块体纯度高，相对密度较高；但由于为了防止氧化，制备的整个 过程是在惰性气体保护和超高真空室内进行的，设备昂贵，对制备工艺要求 较高，故制备难度较大；且加上制备的固体纳米晶体材料中都不可避免地存 在杂质和孔隙等缺陷，从而影响了纳米材料的性能，也影响了对纳米材料结 构与性能的研究。 2）粉末冶金法 把纳米粉末经过加压成块、烧结，从而获得块体纳米晶材料。制备过程主要 控制压力和烧结工艺参数。由于纳米粉体颗粒尺寸小、表面能高。高的表面 能为原子运动提供驱动力，有利于块体材料内部空洞的收缩，故在较低的烧 结温度下也能使块体材料致密化。但该法也存在晶粒尺寸容易长大、尺寸分 布不均匀、微孔隙、致密度较低等问题。
纳米尺度材料表面效应
❖ 纳米尺度材料的外观形貌表现为微球形
二，纳米催化剂的制备
纳米催化剂的制备方法一般有化学法和物理法两类。
化学方法
1）沉淀法
2）水解法
3）溶胶—凝胶法
4）微乳液法 5）电化学沉积法
物理法制备纳米催化剂 1）惰性气体蒸发法 2）粉末冶金法
1）沉淀法 通过化学反应使原料的有效成分沉淀，经过滤、洗涤、干燥、加热分解而得到纳米粒子。 包括直接沉淀法、共沉淀法、均匀沉淀法、配位沉淀法等，其共同特点是操作简单方便。 2）水解法 在高温下先将金属盐的溶液水解，生成水合氧化物或氢氧化物沉淀，再加热分解得到纳 米粒子。包括无机水解法、金属醇盐水解法、喷雾水解法等，其中以金属醇盐水解法最为 常用，其最大特点是从物质的溶液中直接分离所需要的粒径细、粒度分布窄的超微粉末。 该法具有制备工艺简单、化学组成能精确控制、粉体的性能重复性好及得率高等优点，不 足之处是原料成本高。 3）溶胶—凝胶法 利用金属醇盐的水解或聚合反应制备氧化物或金属非氧化物的均匀溶胶，再浓缩成透明 凝胶，使各组分分布达到分子水平，凝胶经干燥、热处理即可得到纳米粒子。该法优点是 粒径小、纯度高、反应过程易控、均匀度高、烧结温度低,缺点是原料价格高、有机溶剂 有毒、处理时间较长等。 4）微乳液法 利用两种互不相溶的溶剂在表面活性剂的作用下形成均匀的乳液，剂量小的溶剂被包裹 在剂量大的溶剂中，形成许多微泡，微泡表面由表面活性剂组成，微泡中的成核、生长、 凝结、团聚等过程局限在一个微小的球型液滴内，从而形成球型颗粒。 5）电化学沉积法 K.B. Kokoh, FHahn等报道，采用循环伏安法，以铂片为工作电极,在包含钌、锇离子的 硫酸溶液中制备Pt-Ru，Pt-Os纳米电极。田娟等人通过循环伏安法电沉积使直径约为7nm 的Pt纳米粒子均匀地分散于多孔硅表面，拟用作微型质子交换膜燃料电池的催化电极。与 刷涂法相比较，电沉积Pt纳米粒子的多孔硅电极(Pt/Si)呈现出高的Pt利用率和增强的电 催化活性。
纳米尺寸材料的吸附特性
❖ 吸附是发生在多相界面的一种基本过程。对于多相 催化剂来羽说，就是气相或液相的分子与固体催化 剂表面进行作用，而停留在眉固体催化剂表面的现 象。
包括：物理吸附，化学吸附
物理吸附：吸附剂与吸附相之间是以范德华 力作用，结合较弱。同时，范德华力作用可 使其形成多层吸附。 化学吸附：吸附剂与吸附相之间则是以化学 键结合，更为稳定。只能形成单层吸附。
● 纳米催化剂介绍及其性质 ● 纳米催化剂的制备 ● 纳米催化剂的应用
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应用前景
一，纳米催化剂介绍及其性质
纳米催化剂具有表面效应，吸附特性及表面反应等特性，因此纳米催化 剂在催化领域的应用十分广泛。实际上，国际上已把纳米粒子催化剂称为第四代 催化剂。我国目前在纳米材料的研究应用水平在某些方面处于世界领先地位，已 实现产业化的SiO2、CaCO3、TiO2、ZnO等少数几个品种，这些制备出来的纳米 材料在催化领域中主要用于两个方面：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。其主要特性如下:
Fra Baidu bibliotek
四，纳米催化剂的应用前景
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兴趣。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 和化学性质，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。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。
面；
❖ (d)各组分间的相互作用。
纳米尺度材料的表面效应
❖ 在多相催化领域，表面特性是最关键的 指标之一，因为它提供了催化反应所需要的 场所。表面实际上是指固体或液体体相结构 被终止的界面。因此，表面不一定是固体或 液体的最顶层，而是顶端的好几层厚度范围。 由于表面提供厂催化反应所需要的场所，因 此对于绝大多数催化转化来说，高的表面更 有利于反应，因而总是趋向于使用高表面的 催化剂。一般地，提高催化剂的表面，有两 种途径：一是减小催化剂的粒度，甚至到纳
表面效应
体积效应
量子尺寸效应
吸附特性
酸碱性
这里将对表面效应和吸附性作较详细的说明
纳米尺度材料表面效应
❖ 纳米材料表现出的独特的力学、光学、电学、 磁学以及催化性能。这些特殊性能取决于下 述基本结构特点：
❖ (a)超细粒子及其粒度分布(<100nm)； ❖ (b)化学组成； ❖ (c)界面的存在，特别是晶粒间界、多相界面或表