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纳米催化剂 主要内容 什么是纳米催化剂 纳米催化剂的特性 纳米催化剂的类型 纳米催化剂的应用 什么是纳米催化剂 纳米催化剂是指采用颗粒尺寸为纳米量级（颗粒直径一般在1～100nm之间）的纳米微料为主体的材料。由于纳米粒子独特的性能，因而其催化活性和选择性大大高于传统催化剂。国际上已把纳米粒子催化剂称为第四代催化剂。 我们现今在纳米催化剂上的成就 目前，国内外纳米催化剂的制备和应用已取得了不少的成果，并逐步应用于加氢催化、氧化、还原、聚合、酯化、缩合、电化学反应、化学能源、污水处理等方面，可见其有着广阔的发展前景。 纳米催化剂的特性 纳米微粒会产生一系列特殊的结构效应， 如小尺寸效应、表面（界面）效应和量子尺寸效应，这些性质使得纳米材料制备的催化剂比常规催化剂的催化效率和选择性更高。 表明效应 ◆表面效应 纳米粒子由于粒径小，比表面积大，表面原子占有率高，表面活性高。 量子尺寸效应 当粒子尺寸下降到1-100nm时，电子能级由准连续变为离散能级，半导体纳米粒子存在不连续的最高被占据分子轨道和最低未被占据的分子轨道能级，能隙变宽，此现象即量子尺寸效应，量子尺寸效应会导致能带蓝移，并有十分明显的禁带变宽现象，使得电子/空穴具有更强的氧化电位，从而提高了纳米半导体催化剂的光催化效率。 纳米催化剂的类型 纳米金属粒子催化剂 纳米金属氧化物催化剂 纳米分子筛催化剂 生物纳米催化剂 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。以粒径小于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1O倍。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，每添加约10％（质量分数），每克燃料的燃烧热可增加1倍。 已报道的纳米金属氧化物催化剂有铜铬氧化物、Fe3O4、TiO2 和CeO2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。AlTschope等人用情陛气体冷凝法制备的金属氧化物Ce2O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。 纳米二氧化钛粒子的模型 3. 纳米分子筛催化剂 相对于普通孔径分子筛，纳米分子筛具有更大的外表面积和较高的晶内扩散速率，在提高催化剂的利用率、增强大分子转化能力、减小深度反应、提高选择性以及降低结焦失活等方面均表现出优异性能。Hatori等人以聚酰亚胺和硝酸镍为原料，制得的MSC molecular sieve carbon 催化剂在丁烯异构体氢化反应中表现出较高的催化活性。 生物纳米催化剂 与传统的化学催化剂相比，生物催化剂最显著的优势就是反应条件比较温和，能够使用再生原料。生物催化剂多指酶催化剂，实质上是一类具有特殊结构的蛋白质分子，其尺度通常在纳米范围。酶催化剂主要包括水解酶、裂解酶、异构酶、还原酶和合成酶等，对作用底物具有高度的专一性。文献[4]报道，甲烷单加氧酶 MMO 能在相当温和的条件下将甲烷选择性氧化为甲醇，实现了化学催化几乎不可能实现的转化。 纳米催化剂的应用 在催化氧化还原反应中的应用 在环境保护领域的应用 在电池工业中的应用 1.催化氧化还原反应中的应用 在氧化反应中的应用 以往在有机氧化反应中所采用的氧化剂大多有一定毒性，因此多年来研究者一直在寻求高性能、低成本、低 无 毒、可回收的催化剂。纳米催化剂的出现给有机合成工业带来了前所未有的契机。Wu等[5]的研究结果表明，对于乙烷催化氧化脱氢反应，纳米NiO催化剂较之常规NiO可以在较低的反应温度发挥更好的催化作用。 在加氢还原反应中的应用 虽然催化加氢反应代表的只是工业有机制备反应的一小部分，但却是石油工业中的原油加氢处理方面的一个必不可少的过程，该过程能够减少柴油和飞行器燃料中的部分芳香族和不饱和碳氢化合物的含量，从而显著提高燃烧效率。 2 .在环境保护领域的应用 光催化降解 尾气处理 空气净化 光催化降解 纳米催化剂可将水或空气中的有机污染物完全降解为二氧化碳、水和无机酸，已广泛地应用于废水、废气处理，并且在难降解的有毒有机物的矿化分解等方面也比电催化、湿法催化氧化技术有着显著优势。文献[6]中报道以Fe3O4为载体，在Fe3O4与TiO2之间包裹SiO2，制备了磁性纳米复合催化剂，既维持了光催化剂悬浮体系的光催化效率，又可利用磁性处理技术回收光催化剂。纳米ZrO2也是一种很好的光催化剂，在紫外光照射下，既能杀死微生物，又能分解微生物赖以生存、繁衍的有机营养物，从而达到杀/抗菌的目的。 尾气