文献综述 纳米催化化学
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化学专业文献综述
一、引言
化学是一门研究物质性质、组成、结构、变化和应用的科学。
作为自然科学的重要分支,化学在工业、农业、医疗、环保等多个领域具有广泛的应用。
本文将对化学专业近年来的研究热点进行综述,旨在为相关领域的研究提供参考。
二、研究热点
1.绿色化学:随着环保意识的日益增强,绿色化学成为当前研究的热点。
绿色化学旨在设计和开发高效、环保的化学工艺和化学品,以减少对环境的负面影响。
其中,绿色合成路径、绿色溶剂、绿色催化剂等是研究的重点。
2.纳米化学:纳米技术是21世纪的重要技术之一,而纳米化学则是研究纳米尺度上物质性质和行为的科学。
纳米化学在药物传递、催化剂设计、传感器制造等领域具有广泛的应用前景。
3.化学生物学:化学生物学是化学与生物学交叉形成的新领域,主要研究生物大分子的化学修饰、化学生物学标记技术等。
化学生物学在疾病诊断和治疗方面具有重要的应用价值。
4.计算化学:计算化学是利用计算机模拟和预测分子性质和行为的学科。
随着计算机技术的不断发展,计算化学在药物设计、催化剂筛选等领域的应用越来越广泛。
5.有机合成:有机合成是化学领域的重要组成部分,主要研究有机化合物的合成方法和技术。
近年来,有机合成在药物开发、材料科学等领域的应用越来越广泛。
三、结论
综上所述,化学专业的研究热点涵盖了多个领域,包括绿色化学、纳米化学、化学生物学、计算化学和有机合成等。
这些领域的研究成果不仅有助于推动化学学科的发展,也对相关领域的技术创新和产业升级具有重要的意义。
未来,随着科学技术的不断进步和应用需求的不断提高,化学专业的研究热点还将继续涌现和发展。
纳米催化剂的制备及其催化性能研究催化剂是一类具有协助反应的作用,不被反应消耗的物质。
催化剂常常被广泛应用于化学反应中,其中纳米催化剂是当前研究的热点。
纳米催化剂是在毫微米尺度下制备的催化剂,其与常规催化剂相比,具有更高的催化效率。
由于其毫微米尺度下具有完全不同的物理和化学性质,纳米催化剂在提高催化效率、减少反应副产物等方面得到了广泛的应用。
在本文中,我们将从纳米催化剂的制备及其催化性能研究两个方面详细阐述纳米催化剂的发展现状。
一、纳米催化剂的制备技术制备纳米催化剂的方法有很多,其中包括传统方法、物理方法和化学方法等。
传统方法通常是通过物理或化学方法将自然物质转化成催化剂。
物理方法包括超声法、电化学法、气相法等。
化学方法则包括溶胶-凝胶法、微乳化法、氧化还原法等。
溶胶-凝胶法是制备纳米催化剂的一种常用方法。
该方法主要是将溶胶溶解在溶剂中,然后通过控制溶胶的温度和离合剂对其进行凝胶化。
最后,将凝胶中的催化剂进行干燥和煅烧处理,形成纳米催化剂。
微乳化法是另外一种制备纳米催化剂的方法。
该方法是将催化剂和表面活性剂溶解在一种两相不相容的物质中。
在此基础上,通过一定的机械反应和化学反应过程,实现制备纳米催化剂。
最后,通过分离和干燥处理,得到最终的纳米催化剂。
化学方法也是目前制备纳米催化剂中广泛应用的一种方法。
这类方法通常包括还原法、沉淀法、水热法等。
其中,还原法是制备可控纳米镀银催化剂常用的一种方法,它需要通过还原还原剂将银离子还原为银原子,之后可以通过表面活性剂控制其形态和尺寸。
二、纳米催化剂的催化性能研究纳米催化剂在催化性能方面相比传统催化剂具有很多优势。
与传统催化剂相比,纳米催化剂具有更好的活性、选择性和稳定性。
此外,纳米催化剂的表面积相比传统催化剂更大,具有更多的活性位点,这使得纳米催化剂在催化反应中具有更高的催化活力。
目前,纳米催化剂的研究重点主要是在环境保护和清洁能源方面。
例如,在重要的氧化反应中,纳米催化剂可以起到非常好的辅助作用。
文献综述摘要纳米材料得特性决定了其应用前景,纳米四氧化三铁由于其纳米特性和超顺磁性,生物医学特性,再化学生物方面有着很重要得应用意义,本文通过介绍了纳米四氧化三铁得一般制备方法和一些合成及应用进展,并简单介绍其发展趋势。
关键字四氧化三铁磁流体化学合成1。
纳米材料概述纳米材料是指由尺寸小于100nm(1—100nm)的超精细颗粒构成的材料的总称。
由于纳米尺寸的物质具有突出的表面效应、小尺寸效应和量子限域效应,因而纳米材料具有异于普通材料的光、电、磁、热、力学、机械等性能.根据物理形态划分,纳米材料大致可分为纳米粉末(纳米颗粒)、纳米纤维(纳米管、纳米线)、纳米膜、纳米块体和纳米相分离液体等五类。
三维尺寸均为纳米量级的纳米粒子或人造原子被称为零维纳米材料,纳米纤维为一维纳米材料,而纳米膜(片、层)可以称为二维纳米材料,而有纳米结构的材料可以称为三维纳米材料。
2。
纳米四氧化三铁得制备和合成研究2.1 纳米四氧化三铁四氧化三铁是具有磁性的黑色晶体,又称磁性氧化铁,不溶于酸或碱,是电的良导体。
结构和性质是材料表征中两个基本的属性,二者密不可分,因此,研究四氧化三铁的结构对于了解其性质以及探索其可能的应用具有十分重要的价值。
X射线衍射研究结构证明,Fe3O4为两种阳离子和氧离子形成的氧化物,是Fe2+和Fe3+混合氧化态的化合物或Fe3+酸,即化学式为Fe2+Fe3+(Fe3+O4),是反尖晶石结构。
习惯上仍用Fe3O4来表示,但不能看成FeO和Fe2O3的混合物氧化物.Fe3O4是由Fe2+、Fe3+、O2-通过离子键而组成的复杂离子晶体。
离子键的排列方式与尖晶石构型相仿.在四氧化三铁的结构中,四氧化三铁是含有混合价态的物质,其中的离子多以链状交替存在,即—-—Fe2+-—-Fe3+-—- Fe2+-—-Fe3+---这样的结构是有利于电子在链上的传递,使得四氧化三铁有导电性。
Fe3O4 是一种非常重要的磁性材料,它独特的电学和磁学性能,使其广泛用作磁流体和磁记录材料等。
文献综述Bi2S3的制备和表征n070804213宋鑫铭0 前言:诺贝尔奖获得者Feyneman曾经预言:如果对物体微小规模上的排列加以某种控制,就能使物体得到大量的异乎寻常的特性,就会看到材料的性能产生丰富的变化。
他所说的材料就是纳米材料。
1984年德国萨尔兰大学的Gleiter以及美国阿贡试验室的Siege相继成功制得纯物质的纳米细粉,使纳米材料进入了一个新的阶段[1]。
1990年7月,第一届国际纳米科学技术会议在美国巴尔的摩举办,标志纳米科学技术的正式诞生,1991年,碳纳米管被发现,它的质量是相同体积钢的六分之一,强度却是钢的十倍,成为纳米技术的研究热点。
它将是未来最佳纤维的首选材料,也将被广泛用于超微导线、超微开关以及纳米级电子线路等。
1993年,继1989年美国斯坦福大学搬走原子团“写”下斯坦福大学英文名字、1990年美国国际商用机器公司在镍表面用36个氙原子排出“IBM”之后,中国科学院北京真空物理实验室自如地操纵原子写出“中国”二字,标志我国在纳米科技领域占有一席之地。
1997年美国科学家首次成功地用单电子移动单电子,利用该技术可望研制成功速度和存储容量比现在提高成千上万倍的量子计算机。
到1999年,纳米技术逐渐走向市场,全年纳米产品的营业额达到500亿美元,其中A12O3,SiO2,Fe2O3等氧化物产品占有绝大部分份额。
但是随着纳米材料研究的发展,纳米ZnS,CdS,Bi2S3等半导体粉末因具有优异的热红外透明性、荧光、磷光和光电催化活性,在新型传感器、高分辨显示器和其它电子材料等方面具有诱人的应用前景,逐渐成为纳米材料研究的新热点。
与传统晶体材料相比,纳米材料具有高强度、高扩散性、高塑性、低密度、低弹性模量、高电阻、高比热、高热膨胀系数、低热导率、强软磁性能[2]。
这些特殊性能使纳米材料可广泛地用于高力学性能环境、光热吸收、非线性光学、磁记录、特殊导体、分子筛、超微复合材料、催化剂、热交换材料、敏感元件、烧结助剂、润滑剂等领域[3]。
纳米材料在催化反应中的应用研究在当今科技迅速发展的时代,纳米材料凭借其独特的物理化学性质,在诸多领域展现出了巨大的应用潜力,其中在催化反应中的应用尤为引人瞩目。
催化反应作为化学工业中的核心过程,对于提高生产效率、降低能源消耗和减少环境污染具有至关重要的意义。
纳米材料的出现为催化反应带来了新的机遇和挑战,使得催化领域取得了一系列突破性的进展。
纳米材料之所以在催化反应中表现出色,主要归因于其特殊的尺寸效应和表面效应。
当材料的尺寸减小到纳米级别时,其比表面积显著增加,表面原子所占比例大幅提高。
这意味着更多的活性位点暴露在表面,能够与反应物充分接触,从而显著提高催化活性。
此外,纳米材料的量子尺寸效应使得其电子结构发生变化,导致能带隙变宽或变窄,从而影响其对反应物的吸附和活化能力。
金属纳米颗粒是纳米材料在催化反应中应用最为广泛的一类。
例如,纳米金颗粒在一氧化碳氧化反应中表现出了极高的催化活性。
传统观点认为,金是一种化学惰性的金属,但当金颗粒的尺寸减小到纳米级别时,其催化性能发生了质的改变。
研究发现,纳米金颗粒表面的低配位原子具有较高的反应活性,能够有效地吸附和活化一氧化碳分子,促进氧化反应的进行。
同样,纳米铂、纳米钯等贵金属纳米颗粒在加氢、脱氢等反应中也展现出了优异的催化性能。
这些金属纳米颗粒通常通过化学还原法、物理沉积法等手段制备,其尺寸、形状和表面结构可以通过控制反应条件进行精确调控,以实现最佳的催化效果。
除了金属纳米颗粒,金属氧化物纳米材料在催化反应中也扮演着重要的角色。
例如,纳米氧化锌在光催化分解水制氢反应中具有良好的性能。
氧化锌的禁带宽度较宽,在可见光区域的吸收较弱,但通过制备纳米氧化锌可以有效地减小其禁带宽度,增强对可见光的吸收,提高光催化效率。
此外,纳米二氧化钛在有机污染物的光催化降解方面也取得了显著的成果。
二氧化钛具有良好的化学稳定性和光催化活性,但纳米化后的二氧化钛具有更大的比表面积和更多的表面缺陷,能够更有效地吸附和分解有机污染物。
纳米催化剂的发展现状及制备方法赵兵(四川省化学工业研究设计院,四川成都,610041)摘要纳米催化剂因其独特的物理化学性质使其相比传统的催化剂具有无法比拟的优势,基于此,综述了纳米催化剂常用的制备方法以及具有代表性的纳米催化剂的研究现状,并介绍了纳米催化剂在能源、化工以及环境领域中的实际应用,最后提出了纳米催化剂未来可能的研究方向及建议。
关键词:纳米催化剂发展现状制备方法纳米技术产生于20世纪80年代末,是目前正在迅速发展的一种高新技术,纳米材料的定义为:在三维空间中至少有一维是处于纳米尺度范围该类材料由于其比表面积大、表面原子及活性中心数目多等优点而广泛应用于催化剂领域。
此外,纳米材料也广泛应用于石油化工、能源、生物和环保等领域。
1纳米催化剂的发展现状纳米催化剂包括负载型以及非负载型催化剂,负载型催化剂包括负载金属和金属氧化物等;非负载型催化剂包括金属及其氧化物、分子筛以及生物纳米催化剂等。
下面对几种常见的纳米催化剂现状进行介绍。
1.1金属纳米催化剂该类催化剂主要包括贵金属纳米催化剂,如Pt、Pd等贵金属的纳米粒子、过渡金属催化剂,如Ni、Cu、Fe等单组份纳米粒子、合金催化剂即两种以上金属原子组成以及金属簇纳米催化剂,如Pt族纳米金属簇。
贵金属中,Au具有化学惰性,因此,研究者对其催化性能的研究较少。
随着纳米技术的发展,Au 的性能得到了改善,使得Au可以作为活性组分负载在载体上形成催化活性较高的催化剂。
有研究表明,纳米金催化剂可以应用在催化氧化CO、水煤气转换、有机物燃烧等方面过渡金属纳米催化剂与传统催化剂相比,催化性能更优异并且选择性较好,Yabe等3利用纳米铁颗粒催化乙烘裂解制得碳纳米管阵列。
合金型纳米催化剂由于其较高的配位不饱和度以及比表面积而具有优异的催化活性。
Bock等4人将Pt和Ru负载在碳材料上用于甲醇的氧化反应,结果表明,该合金型的纳米催化剂具有很好的催化性能。
1.2金属氧化物纳米催化剂金氧化纳米催化剂应,过渡金氧化、主金氧化金合氧化纳米催化剂等。
论文文献综述化学科学领域的研究现状和趋势分析在化学科学领域,论文文献综述是一种重要的学术研究方法,通过对已有文献进行梳理、总结和分析,可以帮助研究者了解某一领域的研究现状和发展趋势。
本文将就化学科学领域的研究现状和趋势进行综述分析,以期为相关研究提供参考和启示。
一、研究现状化学科学作为一门基础科学,涉及领域广泛,研究内容丰富多样。
在有机化学领域,有机合成是一个重要的研究方向,研究者通过设计合成新颖的有机分子,拓展有机化合物的结构和性质,为药物设计、材料科学等领域提供了重要支持。
此外,超分子化学、催化化学、生物化学等领域的研究也取得了长足的进展。
在物理化学领域,表面化学、纳米化学、光化学等研究方向备受关注。
表面化学研究表面上的化学反应和表面结构对材料性能的影响,纳米化学研究纳米材料的合成、性质和应用,光化学研究光与物质相互作用的规律。
这些研究为材料科学、能源科学等领域的发展提供了新的思路和方法。
在无机化学领域,固体化学、配位化学、无机合成等研究方向备受关注。
固体化学研究固体材料的结构和性质,配位化学研究配位化合物的合成和反应机理,无机合成研究新型无机化合物的制备方法。
这些研究为材料科学、催化化学等领域的发展提供了重要支持。
二、研究趋势随着科学技术的不断发展,化学科学领域也呈现出一些新的研究趋势。
首先,绿色化学成为研究的热点之一。
绿色化学强调在化学研究和生产过程中减少对环境的污染,提倡可持续发展的理念。
绿色合成、绿色催化、绿色溶剂等成为研究的重点方向。
其次,多学科交叉融合成为趋势。
化学科学与生物学、物理学、材料科学等学科之间的交叉研究日益增多,形成了诸如生物无机化学、光催化材料等新的研究领域。
这种多学科交叉融合为科学研究带来了新的思路和方法。
再次,计算化学的发展势头迅猛。
随着计算机技术的不断进步,计算化学在化学科学研究中的应用越来越广泛。
从分子模拟到反应机理的计算预测,计算化学为实验研究提供了重要的辅助手段。
纳米催化技术的研究进展及应用前景近年来,纳米科技的飞速发展已经成为了各行各业的焦点。
其中,纳米催化技术的研究与应用广泛受到了关注。
纳米催化技术是指利用纳米材料的特殊性质和效应,对化学反应进行改进或加速的技术。
随着纳米技术的不断革新和深入发展,纳米催化技术已经被广泛用于环保、制药、能源、电化学和材料等领域,并且正在逐步取代传统催化技术的地位。
纳米催化技术的研究进展纳米催化技术的研究历史可以追溯到1980年代末。
当时,法国科学家J.M. Ginder发现了金属某些晶面和纳米微粒具有较高的催化活性。
此后,纳米催化技术的研究得到了飞速发展。
2007年,日本科学家广崎和神户在Nature上发表了一篇题为“金属纳米颗粒表面催化反应机理研究”的文章,这表明人们对纳米催化技术的认知有了更深入的了解。
纳米催化技术的主要研究领域包括催化基础研究和工程催化应用研究。
催化基础研究主要是关注纳米颗粒的催化活性和催化机理研究,以及纳米材料的合成和性能研究。
工程催化应用研究则主要关注在工程领域中的纳米催化技术应用。
纳米催化技术的应用前景尽管纳米催化技术的应用仍处于初期阶段,但是其应用前景依旧具有很大的潜力。
以下介绍几个方面的应用前景。
1. 火箭燃料纳米催化技术可以为火箭燃料提供更高效的传动能力。
近年来,美国Aerojet Rocketdyne公司与Glenn Research Center合作,开展了纳米催化技术在火箭燃料中的应用研究,初步结果显示这种材料具有很大的潜力。
2. 大气污染治理纳米催化技术在大气污染治理方面有着广阔的应用前景。
纳米催化技术在汽车尾气净化、烟气污染控制、废气催化氧化处理等方面均有很好的应用。
以汽车尾气净化为例,使用纳米催化技术可以大大降低尾气排放中的氮氧化物(NOx)和有害气体等污染物的排放量。
3. 新能源制备纳米催化技术在新能源的制备方面也有着广泛的应用前景。
例如,纳米催化技术可以用于太阳能光电化学产氢、燃料电池及其催化剂的制备、制氢、制取生物柴油、制备液态燃料等方面,这些应用也可以极大地促进新能源技术的发展和推广。
化学工程技术专业优秀毕业论文范本纳米材料在催化反应中的应用研究华中科技大学化学工程技术专业优秀毕业论文范本纳米材料在催化反应中的应用研究1. 引言催化反应是化学工程技术领域中的重要研究方向之一。
随着纳米材料的发展和应用,纳米材料在催化反应中的应用越来越受到关注。
本文旨在探讨纳米材料在催化反应中的应用,为化学工程技术专业的学生提供优秀毕业论文范本。
2. 纳米材料概述2.1 纳米材料定义纳米材料是指在一到一百纳米尺寸范围内具有特殊性质和功能的材料。
纳米颗粒、纳米线和纳米管等都属于纳米材料的范畴。
2.2 纳米材料的优点纳米材料具有很多优点,如高比表面积、较高的反应活性、优异的机械性能和独特的光学性能等。
这些优点使纳米材料在催化反应中具有广阔的应用前景。
3. 纳米材料在催化反应中的应用3.1 纳米材料的合成方法在纳米材料的应用研究中,首要问题是如何制备纳米材料。
常见的制备方法包括溶液法、气相法、固相法等。
不同的制备方法可以获得不同形状和大小的纳米材料。
3.2 纳米材料在催化反应中的应用案例3.2.1 纳米催化剂的应用纳米催化剂由纳米材料作为载体,并负载有活性组分。
纳米催化剂在催化反应中展现出优异的催化活性和选择性,如金属纳米催化剂在氧化还原反应和有机合成中的应用。
3.2.2 纳米材料在催化剂工艺中的应用纳米材料在催化剂工艺中的应用表现出了巨大的潜力,可以提高催化反应的效率和产物选择性。
例如,纳米金属催化剂在石油加工领域的应用,可以提高燃料的质量和产量。
4. 纳米材料在催化反应中的挑战与展望4.1 稳定性问题纳米材料在催化反应中容易受到表面积效应和晶格缺陷效应的影响,导致催化性能的不稳定。
因此,如何提高纳米材料的稳定性是一个重要的研究方向。
4.2 合成方法的优化纳米材料的制备方法对其性能和应用起着决定性的作用。
研究人员需要不断优化合成方法,以获得高性能的纳米材料。
4.3 安全性问题纳米材料在生产和应用中的安全性问题也需要引起重视。
催化化学在纳米技术研究发展中的应用学生姓名:林稳专业:材料化学年级: 10级学号: 10081100152013年6月19日催化化学在纳米技术研究发展中的应用摘要:本文概述了催化化学在纳米技术研究发展中的应用,现如今催化化学不断深入纳米技术方面的研究,例如碳纳米管,发光传感器及超声技术等方面的研究,正是由于了催化化学的催化等方面的技术使得人类在纳米科学方面得到了更高效,更迅速的发展。
【关键字】: 催化化学,纳米,碳纳米管,发光传感器,超声技术。
一、前言化学是一门能满足社会需要的中心科学。
催化化学则是化学科学中至关重要的优先领域之一,它不仅研究催化剂在物质转化过程中的催化作用,而且研究伴随着物质转化时,催化剂对能量变化以及不同形式能量相互转化的催化作用。
在社会生产实践过程中,人们首先发现许多催化事实,随着对这些事实的观察、积累和思考,必然促进催化理论的形成,催化理论的创立能指导人们主动去研究更多的催化作用过程,而催化事实的发现和催化理论的创立却都离不开先进的科学研究方法的发明。
研究方法的科学化、仪器化、数据化、动态化则需要化学和其他相关科学进步和技术发明作后盾。
因此发现催化事实是催化化学发展的基础,催化理论的创立成为衡量催化化学前沿水平的标志,科学的研究方法是揭示催化作用本质不可缺少的手段和工具。
二、正文技术进步有两条途径:连续性技术进步和非连续性技术进步。
一般说来,技术进步都要经历一个S型的发展周期,每种技术都有其发展极限,当技术达到或接近其成熟阶段时,要想取得显著进展将变得十分困难。
这时技术的进一步发展,将通过另一条途径-非连续性技术进步,即转移到一个全新的、完全不同的知识体系上,因为后者往往会带来重大技术突破的机会。
非连续性技术进步主要来自原料路线的改变和新催化反应流程的开发。
利用廉价易得的原料,并遵循原子节约反应,即将反应物中的原子极大限度地出现在产物中,尽量减少反应步骤,在生产过程中尽可能不采用那些对产品的化学组成来说没有必要的原料,这样不仅节省原料,提高产率,而且减少废弃排放,从本源上消除污染,从经济上和环保上都是很有意义的。
文献综述摘要纳米材料得特性决定了其应用前景,纳米四氧化三铁由于其纳米特性和超顺磁性,生物医学特性,再化学生物方面有着很重要得应用意义,本文通过介绍了纳米四氧化三铁得一般制备方法和一些合成及应用进展,并简单介绍其发展趋势。
关键字四氧化三铁磁流体化学合成1. 纳米材料概述纳米材料是指由尺寸小于100nm(1-100nm)的超精细颗粒构成的材料的总称。
由于纳米尺寸的物质具有突出的表面效应、小尺寸效应和量子限域效应,因而纳米材料具有异于普通材料的光、电、磁、热、力学、机械等性能。
根据物理形态划分,纳米材料大致可分为纳米粉末(纳米颗粒)、纳米纤维(纳米管、纳米线)、纳米膜、纳米块体和纳米相分离液体等五类。
三维尺寸均为纳米量级的纳米粒子或人造原子被称为零维纳米材料,纳米纤维为一维纳米材料,而纳米膜(片、层)可以称为二维纳米材料,而有纳米结构的材料可以称为三维纳米材料。
2. 纳米四氧化三铁得制备和合成研究2.1 纳米四氧化三铁四氧化三铁是具有磁性的黑色晶体,又称磁性氧化铁,不溶于酸或碱,是电的良导体。
结构和性质是材料表征中两个基本的属性,二者密不可分,因此,研究四氧化三铁的结构对于了解其性质以及探索其可能的应用具有十分重要的价值。
X射线衍射研究结构证明,Fe3O4为两种阳离子和氧离子形成的氧化物,是Fe2+和Fe3+混合氧化态的化合物或Fe3+酸,即化学式为Fe2+Fe3+(Fe3+O4),是反尖晶石结构。
习惯上仍用Fe3O4来表示,但不能看成FeO和Fe2O3的混合物氧化物。
Fe3O4是由Fe2+、Fe3+、O2-通过离子键而组成的复杂离子晶体。
离子键的排列方式与尖晶石构型相仿。
在四氧化三铁的结构中,四氧化三铁是含有混合价态的物质,其中的离子多以链状交替存在,即---Fe2+---Fe3+--- Fe2+---Fe3+---这样的结构是有利于电子在链上的传递,使得四氧化三铁有导电性。
Fe3O4 是一种非常重要的磁性材料,它独特的电学和磁学性能,使其广泛用作磁流体和磁记录材料等。
纳米尺度的Fe3O4具有与生物组织的兼容性,以及与尺寸和形貌有关的电学和磁学性能,使它在磁性墨水、电子与生物敏感材料、高密度磁记录介质和生物医药等领域具有更广泛的应用[1]。
人们采用各种物理化学方法已制备了单分散性的Fe3O4纳米颗粒、Fe3O4八面体、纳米棒、纳米线、纳米链、纳米管、纳米锥阵列、空心微球、三维超晶格、和纳米花等纳米结构[2]。
由于磁性的存在,纳米四氧化三铁通过磁控很容易就能从反应体系中分离出来。
不会对反应物产生污染。
2.2 纳米四氧化三铁得合成方法纳米四氧化三铁颗粒合成方法众多,主要分为物理法、化学法和物化综合法。
虽然物理方法有利于进行大规模生产,但是在制备过程中通常需要诸如高温、高压或高真空等苛刻条件,这会导致制备过程的高耗能和纳米微粒的高成本,而且物理法制备纳米颗粒的尺寸可控性较差;采用化学合成法,将气、液、固相中的原子、分子通过化合、分解凝聚合成为微粒子,操作简单,成本低,比表面积高,不易团聚,试验过程中容易控制。
化学法按分散介质种类来分,可划分为气相法、液相法和固相法。
液相法制备纳米颗粒具有成核和成长过程易调配,微粒的化学组成、形状和大小容易控制的显着特点,而且该方法添加的微量成分和组成较均匀,即使是对于很复杂的材料也可以获得化学均匀性很高的微粒,因此受到越来越多的关注。
下面就主要介绍几种纳米四氧化三铁的液相化学制备方法。
(1)共沉淀法该法是最早采用的液相化学反应合成金属氧化物纳米颗粒的方法,它是在有两种或多种阳离子的溶液中加入沉淀剂,这种多元体系的溶液经过沉淀反应后,可得到成份均一的沉淀。
目前最普遍使用的方法,是根据方程式:2Fe3+ + Fe2+ + 8OH-Fe3O4 + 4H2O进行的。
通常是把Fe2+和Fe3+的硅酸盐或氯化物溶液以2:3的比例混合后,用过量的NH3·H2O 或NaOH在一定温度和PH值下,高速搅拌进行沉淀反应,然后将沉淀过滤、洗涤、烘干,制得纳米四氧化三铁微粒。
宋丽贤等[3]将FeCl3·6H2O和FeCl2·6H2O按物质量之比为1.8:l的比例溶解,加入适量的柠檬酸、聚乙二醇分别作为配合剂和分散剂,在恒温水浴中,以NaOH作为沉淀剂进行滴加。
真空干燥得磁性纳米四氧化三铁粉体。
对获得的粉体进行表征,结果表明,所得四氧化三铁粉体平均粒径为30nm、粒度分布均匀、分布带较窄且产物纯度高。
(2)微乳液法微乳液是由油、水、表面活性剂组成的透明、各向同性、低黏度的热力学稳定体系,其中不溶于水的非极性物质作为分散介质,反应物水溶液为分散相,表面活性剂为乳化剂,形成油包水型或水包油微乳液。
这样反应空间仅限于微乳液滴这一微型反应器的内部,可有效避免颗粒之间的进一步团聚。
因而得到的纳米粉体粒径分布窄、形态规则、分散性能好且大多为球形。
图1.1所示的是微乳液法的一般操作流程。
柴波[4]对油包水(W/O)型微乳液进行了制备研究,利用拟三元相图探明了一定条件下的W/O型微乳液中的最佳体系。
进而利用此W/O型微乳液作为“微反应器”制备Fe3O4纳米粒子。
经X射线衍射仪分析,四氧化三铁颗粒有较完整的尖晶石结构,特征峰明显,平均粒径为35.6nn。
图1.1 微乳液法的一般的工艺流程(3)溶胶凝胶法这个方法是纳米材料制备的最为常用的方法之一,此法利用金属醇盐的水解和聚合反应制备金属氧化物或金属氢氧化物的均匀溶胶,再浓缩成透明凝胶,凝胶经干燥,热处理可得到氧化物超微粉。
其中控制溶胶凝胶化的主要参数有溶液的pH值、溶液浓度、反应温度和时间等。
通过调节工艺条件,可以制备出粒径小、粒径分布均匀、化学活性大的单组分或多组分分子级混合物,以及可制备传统方法不能或难以制得的产物等优点。
JingXu等[5]用Fe(NO3)3·9H2O作为铁源,溶解在乙二醇中,在80℃下制得溶胶,多步烘干后,在真空条件下对所得粉末进行200℃-400℃退火,得到四氧化三铁纳米颗粒。
对其产物的表征中,不同的退火温度下得到产物的粒径为8.5nm-15.6nm。
可以看出其产物的粒度随合成温度的升高而增大,且此种合成方法可以应用于合成其他氧化物纳米颗粒。
(4)水热法采用高温高压条件下,在水溶液或蒸汽等流体中合成欲制备的氧化物。
具有原料易得、粒子纯度高、分散性好、晶形好且可控及成本相对较低等优点。
在本实验的碳层的包覆反应中使用了该方法。
FanR等[6]在高压釜放入1.39g FeSO4、l.24g NaS2O3、14ml蒸馏水,缓慢滴加10mL l.0mol/L NaOH溶液,不断搅拌,反应温度为140℃,12h后冷却至室温,得到灰黑色沉淀,经过滤,热水和无水乙醇洗涤,在70℃真空干燥4h,得到50nm准球形多面体四氧化三铁纳米晶体,产率高于90%。
(5)溶剂热法是在水热法的基础上发展起来,指在密闭体积内,如反应罐、高压釜,以有机物或非水溶媒为溶剂,在一定的温度和溶液的自生压力下,原始混合物进行反应的一种方法。
反应驱动力是可溶的前驱物或中间产物与稳定新相间的溶解度差。
溶剂热条件下,存在着溶剂的快速对流与溶质的有效扩散,消除了物料的质量传输;其反应条件非常温和,可以合成亚稳相,发展新的合成路线;相对低温环境有利于生长极少缺陷、热应力小、完美的晶体,并能均匀的进行掺杂以及易于控制产物晶体的粒度;相比较水热法,能有效避免表面羟基的存在。
Yadong Li等[7]用FeC13·6H2O在乙二醇中进行溶剂热反应,在加200℃下,反应8-72小时,制得单分散四氧化三铁单晶纳米颗粒,产率高达92%。
得到样品呈超顺磁性,饱和磁化强度为81.9emu/g。
根据反应时间不同,可以控制颗粒的粒度为200nm-800nm,该粒度与人体蛋白质细胞大小接近,表现出了良好的生物相容性,将对纳米生物学进展有着较大的推动作用。
这也是现有文献第一次合成此粒度四氧化三铁单分散磁性纳米颗粒。
且此种方法也可用于铁氧体纳米磁性颗粒的制备。
3. 纳米四氧化三铁得应用用二氧化钛做光催化剂具有氧化活性高、稳定性好,且对人体无毒等优点,用来处理工业废水中的有机与无机污染物是一种十分有效的方法。
其中,二氧化钛是以一种悬浮液的形式或固定在有机玻璃等材料上进行催化。
固定式的光催化效率明显低于悬浮体系,尤其对于大规模的废水处理,悬浮体系更为有效。
但是这种悬浮体系却极其难以回收。
若将二氧化钛包裹或者负载在纳米四氧化三铁上制备磁性复合光催化剂,在废水处理后,靠磁场的作用,可使催化剂得到有效的回收,回收后的催化剂又可以被重新利用[8]。
随着医学技术的发展,人们对药物的要求越来越高,控制无效释放、减小副作用、提高药效、发展药物定向治疗已成为当今的研究热点。
在这方面,纳米四氧化三铁正在逐步扮演重要角色。
由于Nb、B都被证明有一定的毒性,使得纳米四氧化三铁在医学领域中的应用更加备受重视,例如,四氧化三铁纳米微粒作为增强显影剂,造影剂等的研究;在靶向释药方面,利用四氧化三铁作为吸附剂,利用磁分离技术来制备生物高分子微球用于靶向药物等的研究已成为当前生物医学的热门课题。
除此以外,还有如细胞磁分离、肿瘤的磁栓塞治疗、肿瘤的高热治疗、视网膜脱离的修复手术、血流的磁测量、免疫测定等等[9]。
4. 展望随着现代合成技术得发展,纳米四氧化三铁得合成技术会不断得完善。
由于纳米四氧化三铁得超顺磁性和其生物相容性,它必将再将来得精细化工催化化学和生物医学中得到青睐,纳米四氧化三铁得溶剂热和微乳液法得发展提高了合成得可控程度,一定意义上促进了纳米四氧化三铁得应用。
在结构上对纳米颗粒粒径得控制以及提高材料得分散度、提高纳米四氧化三铁得饱和磁化强度,扩展纳米四氧化三铁得应用领域是将来得研究和发展方向。
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