纳米催化剂及其应用与展望.ppt

第1页，共33页，星期日，2025年，2月5日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纳米材料的制备和研究是整个纳米技术的基础理论基础最重要的内容第2页，共33页，星期日，2025年，2月5日近年来，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。第3页，共33页，星期日，2025年，2月5日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。第4页，共33页，星期日，2025年，2月5日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。第5页，共33页，星期日，2025年，2月5日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。第6页，共33页，星期日，2025年，2月5日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的使用最为广泛。第7页，共33页，星期日，2025年，2月5日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。第8页，共33页，星期日，2025年，2月5日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。第9页，共33页，星期日，2025年，2月5日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剂。第10页，共33页，星期日，2025年，2月5日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。第11页，共33页，星期日，2025年，2月5日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。第12页，共33页，星期日，2025年，2月5日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。第13页，共33页，星期日，2025年，2月5日2.3量子尺寸效应当纳米颗粒尺寸下降