纳米催化剂及其应用与展望

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1.3 纳米半导体粒子光催化剂
纳米微粒作为催化剂应用较多的是半导体光催化 剂，纳米半导体比常规半导体光催化活性高得多。
目前在光催化降解领域所采用的光催化剂多为N型
半导体材料，如TiO2、ZnO、Fe3O4、SnO2、
WO3、CdS等，但由于光腐蚀和化学腐蚀的原因,
实用性较好的有TiO2和ZnO，其中以TiO2的使用
径由10nm减小到1nm时, 表面原子数将从20%增
加到90%。
这不仅使得表面原子的配位数严重不足、出
现不饱和键以及表面缺陷增加,同时还会引起表面
张力增大, 使表面原子稳定性降低，极易结合其它
原子来降低表面张力。
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2.2 体积效应
当纳米颗粒的尺寸与传导电子的德布罗意波
长相当或比其更小时,晶态材料周期性的边界条件
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1.5 纳米固体超强酸催化剂
固体超强酸是指酸度比100%硫酸更强的酸， 即Hammett酸度函数 H0<-11.93的酸就是超强酸。
目前,固体超强酸作为一类新的催化剂材料已
成为国内外研究的热点，由于其制备方法较为简
单、稳定性好、 催化活性高、易分离、不腐蚀设
备、不污染环境,是很有应用前景的绿色工业催化
纳米催化剂及其应用
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纳米技术是一门交叉性很强的综合学科，研 究的内容涉及现代科技的广阔领域
纳米物理学 纳米化学 纳米材料学 纳米生物学 纳米电子学 纳米加工学 纳米力学
理论基础 最重要的内容
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纳米材料的制备和研究是整个纳米技术的基础 可编辑ppt
近年来，纳米科学与科技的发展已 广泛地渗透到催化研究领域，其中最典 型的实例就是纳米催化剂的出现及与其 相关研究的蓬勃发展。
10 剂。
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2 纳米催化剂的特点
纳米催化剂具有独特的晶体结构及表面特性；
纳米催化剂具有比表面积大、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；
纳米催化剂还表现出优良的电催化、磁催化等 性能。
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2.1 表面效应
描述催化剂表面特性的参数通常包括颗粒尺
寸、比表面积、孔径尺寸及其分布等。当微粒粒
17 拟的优越性。
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3 纳米催化剂的制备方法
3.5 微乳液法
首先需要配制热力学稳定的微乳液体系,然后 将反应物溶于微乳液中，使其在水核内进行化学反
应，反应产物在水核中成核、生长，去除表面活性
剂，将得到的固体粗产物在一定温度下干燥、焙 烧，
即可得到所需产品。
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3 纳米催化剂的制备方法
处于分立能级中的电子的波动性可使纳米颗粒具有 较突出的光学非线性、特异催化活性等性质。
量子尺寸效应可直接影响到纳米材料吸收光谱
的边界蓝移,同时有明显的禁带变宽现象；这些 都使得电子、空穴对具有更高的氧化电位,从而可
以有效地增强纳米半导体催化剂的光催化效率。
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3 纳米催化剂的制备方法
目前生产纳米催化剂的方法很多,无论采 用哪一种方法，制备的纳米粒子必须达到如 下要求：表面光洁；粒子形状、粒径及粒度分 布可控；粒子不易团聚；易于收集，产率高。
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3 纳米催化剂的制备方法
3.1 溶胶- 凝胶法
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。
3.2 沉淀法
在液相中将化学成分不同的物质混合,再加入沉 淀 剂使溶液中的金属离子生成沉淀,对沉淀物进行过滤、 16 洗涤、干燥或煅烧制得所需产品。 可编辑ppt
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1.2 纳米金属氧化物催化剂
已报道的纳米金属氧化物催化剂有铜铬氧化物、 Fe3O4、TiO2等。
用超细的Fe3O4微粒作为催化剂可以在低温下将 CO2分解为C和H2O。
A1Tschope等人用惰性气体冷凝法制备的金属
氧化物CeO2催化CO的氧化和SO2的还原反应,使
反应活性、选择性和热稳定性显著增强。
最为广泛。
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TiO2以其活性高、热稳定性好、持续性长、
价格便宜、对人体无害等特征倍受人们青睐，成
为最受重视的一种光催化剂,目前已广泛用于废水
处理、有害气体净化、食品包装、日用 品、纺织
品、建材和涂料等方面。
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1.4 纳米固载杂多酸盐催化剂
纳米固载杂多酸盐催化剂是催化合成 己酸乙酯的良好催化剂,不仅反应温度低, 不用带水剂,而且催化剂用量少又易回收, 在工业生产中有较高的经济价值。
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1.1 纳米金属粒子催化剂
纳米金属粒子作为催化剂已成功地应
用到加氢催化反应中。以粒子小于0.3微米
的Ni和Cu-Zn合金的超细微粒为主要成分
制成的催化剂，可以使有机物加氢的效率
比传统镍催化剂高10倍。
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金属纳米粒子十分活泼，可以作为助燃剂在燃
料中使用，还可以掺杂到高能密度的燃料，如炸药 中，以增加爆炸效率，或作为引爆剂使用。将金属 纳米粒子和半导体纳米粒子混合掺杂到燃料中，可 以提高燃烧的效率。目前，纳米铝粉和镍粉已经被 用在火箭燃料中作助燃剂，每添加质量分数约为百 分之十的超细铝或镍微粒，每克燃料的燃烧热可增 加一倍。
3.6 离子交换法
首先，对沸石、SiO2等载体表面进行处理, 使H+、Na+等活性较强的阳离子附着在载体表 面上，然后将此载体放入贵金属阳离子基团的 溶液中，通过置换反应使贵金属离子占据活性 阳离子原来的位置，在载体表面形成贵金属纳 米微粒。
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3 纳米催化剂的制备方法
被破坏,非晶态纳米颗粒的表面附近原子密度减小,
使得其在光、电、声、力、热、磁、内压、化学
活性和催化活性等方面都较普通颗粒相发生很大
变化,如纳米级胶态金属的催化速率就比常规金属
的催化速率提高了100倍。
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2.3 量子尺寸效应
当纳米颗粒尺寸下降到一定值时,费米能级附
近的电子能级将由准连续态分裂为分立能级,此时
3 纳米催化剂的制备方法
3.3 浸渍法
将载体置于含活性组分的溶液中浸泡达到平衡后 将剩余液体除去(或将溶液全部浸入固体),再经干燥, 煅烧,活化等步骤得到所需产品。
3.4 微波合成法
在微波辐射作用下,金属盐或醇盐溶液能直接分解,
生成超细金属氧化物或硫化物粉体，该方法操作简便
，产物粒径分布窄、形态均 一，具有其它方法不可比