第四章纳米微粒的化学特性详解演示文稿.ppt

LOGO第四章纳米微粒的化学特性详解演示文稿第1页，共42页。优选第四章纳米微粒的化学特性第2页，共42页。§4.1吸附吸附的概念吸附是相接触的不同相之间产生的结合现象吸附的分类物理吸附化学吸附吸附剂与吸附相之间是以范德瓦耳斯力之类较弱的物理力结合吸附剂与吸附相之间是以化学键强结合第3页，共42页。§4.1吸附纳米微粒吸附性特点1、纳米微粒由于有大的比表面和表面原子配位不足，与相同材质的大块材料相比较，有较强的吸附性。2、纳米粒子的吸附性与被吸附物质的性质、溶剂的性质以及溶液的性质有关。3、电解质和非电解质溶液以及溶液的pH值等都对纳米微粒的吸附产生强烈的影响。4、不同种类的纳米微粒吸附性质有很大差别。第4页，共42页。§4.1吸附4.1.1非电解质的吸附一、概念非电解质是指电中性的分子，它们可通过氢键、范德瓦耳斯力、偶极子的弱静电引力吸附在粒子表面。其中主要是以氢键形成而吸附在其它相上。二、吸附的典型例子例如：氧化硅粒子对醇、酰胺、醚的吸附过程中氧化硅微粒与有机试剂中间的接触为硅烷醇层，硅烷醇在吸附中起着重要作用。第5页，共42页。§4.1吸附4.1.1非电解质的吸附作用机制：上述有机试剂中的Ｏ或N与硅烷醇的羟基(OH基)中的H形成O—H或N—H氢键，从而完成SiO2微粒对有机试剂的吸附，如图4.1所示。图4.1在低pH下吸附于氧化硅表面的醇、酰胺、醚分子。第6页，共42页。§4.1吸附4.1.1非电解质的吸附三、影响吸附的因素受粒子表面性质的影响受吸附相的性质影响说明：即使吸附相是相同的，但由于溶剂种类不同吸附量也不一样。例如，以直链脂肪酸为吸附相，以苯及正己烷溶液为溶剂，结果以正己烷为溶剂时直链脂肪酸在氧化硅微粒表面上的吸附量比以苯为溶剂时多，这是因为在苯的情况下形成的氢键很少。从水溶液中吸附非电解质时，受pH值影响很大，pH值高时，氧化硅表面带负电，水的存在使得氢键难以形成，吸附能力下降。由上述例子可知第7页，共42页。§4.1吸附4.1.2电解质吸附一、吸附的机理：电解质在溶液中以离子形式存在，其吸附能力大小由库仑力来决定。纳米微粒在电解质溶液中的吸附现象大多数属于物理吸附。1缘由：由于纳米粒子的大的比表面常常产生键的不饱和性，致使纳米粒子表面失去电中性而带电(例如纳米氧化物，氮化物粒子)，而电解质溶液中往往把带有相反电荷的离子吸引到表面上以平衡其表面上的电荷，这种吸附主要是通过库仑交互作用而实现的。第8页，共42页。§4.1吸附4.1.2电解质吸附2实例列举：例如，纳米尺寸的黏土小颗粒在碱或碱土类金属的电解液中的吸附（这是一种物理吸附过程，它是有层次的）。吸附层的电学性质也有很大的差别．二、吸附层的电学性质1靠近纳米微粒表面的一层属于强物理吸附，称为紧密层，它的作用是平衡了超微粒子表面的电性。2离超微粒子稍远的离子形成较弱吸附层，称为分散层。第9页，共42页。§4.1吸附4.1.2电解质吸附上述两层构成双电层。双电层中电位分布可用一表示式来表明，例如把Cu离子—黏土粒子之间吸附当作强电解质吸附来计算，以粒子表面为原点，在溶液中任意距离ｘ的电位可用下式表示：Z为原子价，NＡ为阿伏伽德罗常数，C为强电解质的摩尔浓度，k表示双电层的扩展程度．1/k称为双电层的厚度．由式看出，1/k反比于Z和C1/2，这表明高价离子、高电解质浓度下，双电层很薄。

第10页，共42页。§4.1吸附4.1.2电解质吸附三、纳米氧化物随pH值可带不同的电荷纳米氧化物的粒子，如石英、氧化铝和二氧化钛等根据它们在水溶液中的pH值不同可带正电、负电或呈电中性。图4.2pH值对氧化物带电状况的影响pH比较小时，粒子表面形成M—ＯＨ2(M代表金属离子，如Si，Al，Ti等)，导致粒子表面带正电。pH高时，粒子表面形成M—Ｏ键，使粒子表面带负电。pH值处于中间值，则纳米氧化物表面形成M—ＯＨ键，粒子呈电中性。第11页，共42页。§4.2纳米微粒的分散和团聚4.2.1分散一、面临的问题在纳米微粒制备过程中，纳米微粒表面的活性使它们很容易团聚在一起从而形成带有若干弱连接界面的尺寸较大的团聚体，这给纳米微粒的收集带来很大的困难。二、解决的方案用物理方法或化学方法制备的纳米粒子经常采用分散在溶液中进行收集。第12页，共42页。§4.2纳米微粒的分散和团聚4.2.1分散1分散机理：A现象尺寸较大的粒子容易沉淀下来，当粒径在纳米级(1—100nm)，由于布朗运动等因素阻止它们