液相法讲义制备纳米微粒
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液相法制备纳米颗粒的机制液相法是在液体状态下通过化学反应制备纳米材料方法的总称,又称为湿化学法或溶液法。
纳米材料的液相制备方法分为:沉淀法、溶胶-凝胶(Sol-Gel)法、水热法、化学还原法、化学热分解法、微乳液法、声化学法、电化学法和水中放电法等9种。
用液相化学法合成纳米颗粒能够较好地控制颗粒大小、形状和粒径分布。
为了充分利用化学法的优点,需要充分了解这种方法制备纳米颗粒的形成机制,这涉及到:晶体化学、热力学、相平衡以及反应动力学的基本原理。
从液相中生成固相颗粒,要经过成核、生长、凝结、团聚等过程。
1 液相中生成固相颗粒的机理1.1 成核为了从液相中析出大小均匀一致的固相颗粒,必须使成核和长大这两个过程分开,以便使已成核的晶核同步地长大,并在生长过程中不再有新核形成。
在纳米颗粒形成的最初阶段,都需要有新相的核心形成。
新相的形核过程可以被分为两种类型,即自发形核与非自发形核过程。
所谓自发形核指的是整个形核过程完全是在相变自由能的推过下进行的,而非自发形核则指的是除了有相变自由能作推动力之外,还有其他的因素起到了帮助新相核心生成的作用。
图1 析出固体时液相中溶质浓度随时间的变化情况如图1所示,在整个成核和生长过程中液相内与析出物相应的物质的量浓度是变化的。
在阶段Ⅰ浓度尚未达到成核所要求的最低过饱和浓度*min c ,因此无晶核形成。
当液相中溶液浓度超过*min c 后即进入成核阶段Ⅱ。
作为自发形核的例子,我们考虑一个从过饱和溶液中析出一个球形的固相核心的过程。
设新相核心的半径为r ,因而形成一个新相核心时体自由能将变化343C r G π∆,其中C G ∆为从溶液中析出单位体积晶核时伴随的自由能变化。
0ln C Tc G V c κ∆=- (1-1)上式还可以写成:()ln 1C TG s V κ∆=-+ (1-2)其中,c 为过饱和溶液的浓度;0c 为饱和溶液的浓度;V 晶体中单个分子所占的体积;()00s c c c =-是液相的过饱和度。
纳米材料——微乳液法制备纳米微粒微乳液法的概述:微乳液法是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,从乳液中析出固相从而制备出一定粒径的纳米粉体。
但相对于细乳液和普通乳液而言的,微乳液颗粒直径约为l0~lOOnm,细乳液颗粒直径约为lO0~400nm,普通乳液颗粒直径一般在几百纳米到上千纳米。
一般情况下,将两种互补相溶的液体在表面活性剂作用下所形成的热力学稳定、各项同性、外观透明或半透明、粒径l~lOOnm 的分散体系称为微乳液。
相应的把制备微乳液的技术称为微乳化技术(MET)。
1982年Boutonmt首先报道了应用微乳液制备出了纳米颗粒:用水合肼或者氢气还原在w/0型微乳液水合中的贵金属盐,得到了分散的Pt、Pd、Ru、Ir 金属颗粒(3~40nm)。
从此以后,微乳液理论的研究获得了飞速发展,尤其是2O世纪9O年代以来,微乳液应用研究更快,在许多领域如3次采油、污水治理、萃取分离、催化、食品、生物医药、化妆品、材料制备、化学反应介质,涂料等领域均具有潜在的应用前景。
微乳液法是一种简单易行而又具有智能化特点的新方法,是目前研究的热点。
运用微乳液法制备纳米粉体是一个非常重要的领域。
运用微乳液法制备的纳米颗粒主要有以下几类。
:(1)金属,如Pt、Pd、Rh、Ir、Au、Ag、Cu等;(2)硫化物CdS、PbS、CuS等;(3)Ni、Co、Fe等与B的化合物;(4)氯化物AgC1、AuC1 等;(5)碱土金属碳酸盐,如CaCO3、BaCO3、Sr—CO3;(6)氧化物Eu2O 、Fe2O。
、Bi2O 及氢氧化物如Al(0H)3 等。
1 微乳反应器原理在微乳体系中,用来制备纳米粒子的一般都是W/O型体系,该体系一般由有机溶剂、水溶液、活性剂,助表面活性剂4个组分组成。
常用的有机溶剂多为C6~C8直链烃或环烷烃;表面活性剂一般为A0T(2一乙基己基磺基琥珀酸钠)、SDS(十二烷基硫酸钠)阴离子表面活性剂、SDBS(十六烷基磺酸钠)阴离子表面活性剂、CTAB(十六烷基三甲基溴化铵)阳离子表面活性剂、TritonX(聚氧乙烯醚类)非离子表面活性剂等;助表面活性剂一般为中等碳链C5~C8的脂肪酸。
液相法制备3M o O 纳米结构及特性研究摘 要三氧化钼因其具有的特殊结构,非常适合其它小分子或离子的嵌入而受到越来越多的关注,这种特殊的层状结构使得三氧化钼具有良好的电致变色、光致变色、催化和气敏等性能。
在合成敏感元件、显示设备、智能窗、润滑油、催化剂、快离子导体以及潜在的电池电极等许多功能材料方面具有特殊的用途。
与“块状”或几微米级三氧化钼比较,纳米三氧化钼的催化活性明显提高。
对某些化学反应而言其催化作用要高出几倍甚至十几倍。
纳米三氧化钼的耐蚀性和耐氧化性也高于传统三氧化钼。
其他特性如光学电学性能等尚在研究中。
此外纳米三氧化钼是某些材料生产的前体,如钼粉、钼铝复合材料、碳化钼、氮化钼和钼钨复合材料等。
制备纳米3o O M 的各种流程:其中包括:沉淀法、水热法、CVD 法、溶胶一凝胶法、共胶凝法、微波水热法等。
本文简要介绍了其中的水热法、沉淀法、溶胶凝胶法、微波水热法制备3o O M 的制备流程与表征,综诉了水热法和溶胶凝胶法制备的样品的光电学性质,并总结了这几种方法的优点和缺点。
关键词:三氧化钼,制备,性质,反应时间,反应流程LIQUID PHASE PREPARATION OF MOLYBDENUM TRIOXIDE NANO STRUCTURE AND CHARACTERISTICSRESEARCHABSTRACTMolybdenum trioxide is geting more and more attention because of its special structure, being very suitable for other small molecules or ions embedded, this special layer structure makes the electrically induced discoloration of molybdenum trioxide has good, photochromic and catalytic gas sensitive performance.In the synthesis of sensitive element, display devices, smart Windows, lubricants, catalysts, fast ion conductors as well as potential battery electrodes in many functional materials with special purposes. And "block" or several micron grade molybdenum oxide, nano m olybdenum oxide catalytic activity increased significantly. For some chemical reaction the catalyst to several times or even dozens of times higher. Nano molybdenum oxide corrosion resistance and oxidation resistance is higher than the traditional molybdenum trioxide. Other features such as optical electrical performance is still in the study. Moreover nano molybdenum trioxide is a precursor of certain materials, such as molybdenum powder, molybdenum, aluminum composite material, molybdenum tungsten and mol ybdenum carbide and molybdenum nitride composite materials, etcPreparation of nanometer process: including precipitation method, hydrothermal method, a CVD method, sol-gel method, total gelation method, microwave hydrothermal method, etc. This paper briefly introduces the hydrothermal method, precipitation method, sol-gel method, the preparation process and the characteristic of microwave hydrothermal method, and summarizes the advantages and disadvantages of these methods.KEY WORDS: Molybdenum trioxide, preparation, properties, response time, Reaction process目 录第一章 前 言 (1)§1.1 纳米材料简介 (1)§1.2 纳米材料的特性及应用 (1)§1.2.1 纳米材料的特性 (1)§1.2.2 纳米材料的应用状况与前景 (2)§1.3 纳米3Mo O 的结构与特性 (2)§1.3.1 3MoO 的结构与特性 (2)§1.3.2 3MoO 的应用 (3)§1.4 3MoO 的发展现状 (3)§1.4.1 3MoO 的发展历程 (3)§1.4.2 3MoO 的制备方法 (4)§1.5 选题依据 (4)第二章 3o O M 的制备与特性研究 (5)§2.1 水热法 (5)§2.2 沉淀法 (8)§2.3 溶胶-凝胶法 (10)§2.4 微波水热法 (14)第三章 3MoO 的性质测试 (20)§3.1 3MoO 的性质综述 ............................................................ 20 §3.2 3MoO 的光电学性质 .. (21)第四章 结论与展望 (22)§4.1 结论 (22)§4.2 展望................................................................................. 23 参考文献 ................................................................................................... 24 致 谢 (27)第一章前言§1.1 纳米材料简介所谓纳米材料,从广义上讲,指的是在三维空间中至少有一维处在纳米尺度的范围之内(即1-100nm),或者是由它们作为基本单元而构成的材料,根据原子的直径大小,这一尺度相当于10-100个原子紧密地排列在一起。
纳米颗粒的化学制备方法纳米颗粒的各种化学制备方法及例举本文通过查阅图书馆中文数据库(CNKI)和外文数据库(Elsevier)相关资料,对纳米粒子的化学制备方法,如:沉淀法、溶胶-凝胶法、溶液蒸发法、化学气相沉积法和模板合成法等分别进行了举例说明,并对其各种化学制备方法的基本原理、化学反应及制备过程进行了简要的描述。
一.沉淀法1、共沉淀法Fe3O4磁性纳米粒子的共沉淀法制备研究陈亭汝青岛大学化学化工与环境学院孙瑾烟台南山学院以液相共沉淀法制备纳米磁性Fe3O4粒子的工艺,研究了反应搅拌速度、n(Fe3+ ) /n(Fe2+)的比例、pH值和熟化温度对制备纳米Fe3O4粒子的影响,并利用透射电镜表征观察Fe3O4纳米粒子的形貌。
研究结果表明,在搅拌速度较快的情况下制备纳米级Fe3O4颗粒的最佳合成工艺条件为:n(Fe3+)/n(Fe2+)为1﹒8:1(摩尔比),熟化温度70 ℃,熟化时间30 m in以氨水作沉淀剂最佳pH值是9左右,可制得纯度较高,粒径小于10nmFe3O4磁性粒子。
(1)制备原理搅拌速度的影响纳米颗粒可以自动的进行团聚降低本身的能量,适当的搅拌速度可以破坏团聚体中小微粒之间的库仑力和范德华力,有利于纳米微粒在混合溶液中保持稳定和分散均匀。
由于搅拌速度的加快有利于反应物之间的充分接触,能避免搅拌不均而产生的局部浓度过高,使晶核生成和长大都均匀地进行,从而粒径小且分布均匀。
因此较高的搅拌速度有利于合成较小粒径的纳米粒子。
(2)试剂及反应方程式试剂:FeCl3*6H20, FeCl2*4H20, NH3*H20, NaOH,柠檬酸、尿素均为分析纯。
反应方程式采用液相共沉淀法制备纳米Fe3O4 的反应原理如下:Fe2+ + 2Fe3+ + 8OH-- =Fe3O4 +4H2O(3)制备工艺过程如下图2、均匀沉淀法均匀沉淀法合成纳米氧化铁欧延,邱晓滨,许宗祥,林敬东,廖代伟厦门大学物理化学研究所,化学系,固体表面物理化学国家重点实验室以尿素为均匀沉淀剂、氯化铁为原料,采用均匀沉淀法在不同的条件下合成具有实用价值的a型纳米氧化铁.用XRD和TEM测定产品的形貌并确定产品的纳米尺度.实验表明,所合成的Fe2O3为α型,粒径在20~40 nm范围,且分散性好.(1)制备原理采用均匀沉淀法,利用尿素高温发生水解反应(1)(如下),缓慢生成构晶离子,随着反应的缓慢进行,溶液的pH值逐渐上升.Fe3+和OH一反应,并在溶液的不同区域中均匀地形成铁黄粒子,尿素的分解速率直接影响了形成铁黄粒子的粒度,而尿素的分解速率又由反应温度所决定.温度很低时,离子具有的能量较低,晶粒生成速度很小,虽然有利于形成稳定的晶粒,但反应速度太慢,使得粒径大且分布不均匀.反应温度升高则反应速度加快,晶粒形成的速度也加快,但温度过高,一方面溶液的过饱和度下降,同时不利于形成稳定的晶粒,晶粒生成速度反而下降.(2)反应方程式(3)合成过程二.溶液蒸发法1.冷冻干燥法冷冻干燥法制备氧化铜纳米粉体的实验研究刘军东北大学机械工程与自动化学院徐成海沈阳大学师范学院利用冷冻干燥法,以无机化合物硫酸铜和氢氧化钠为原料,选取铜氨络合物为前驱体,制备出了粒径为20~50nm的氧化铜粉和带有均匀~10nm孔隙的多孔颗粒材料,并进行了TEM 和SEM检测。