纳米材料在催化领域的应用.pdf

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作者筒介{黎先财(1961～)．男，博士，教授，研究方向为无机材料，Emai[：xcli@,neu⋯du纳米材料在催化领域的应用Materials黎先财．藕志华，罗来涛摘要：概述了近年采纳米材料在催化领域的应用和研究进展，介绍了纳朱催化材料的优异特性，关键词：纳米材料；催化；光催化}加氢催化文献标识码：A文章编号：0367ApplicationofNanostructuredinCatalyticField纳米材料是近年来受到人们极大关注的新型领域，纳米材料的概念形成于20世纪80年代，在上世纪90年代初期取得较大的发展。广义地说，纳米材料是指其中任意一维的尺度小于100nm的晶体、非晶体、准晶体以及界面层结构的材料。当小粒子尺寸加入纳米量级时，其本身具有体积效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等。从而使其具有奇异的力学、电学、光学、热学、化学活性、催化和超导特性．使纳米材料在国防、电子、化工、催化剂、医药等各种领域具有重要的应用价值。随着纳米微粒粒径减小、比表面积增大、表面原子数增多及表面原子配位不饱和性导致大量的悬键和不饱键等，这就使得纳米微粒具有高的表面活性，并且粒径越小，表面原子数所占比率越大；比表面积越大，表面光滑程度变差，形成凹凸不平的原子台阶，增加了化学反应的接触面，便其具有优良的催化性能。如当粒径为nm时．所包含原子总数为3×106个，表面原子所占比例为2％，当粒径为1013m时，所包含原子总数为3×104个，表面原子所占比例为20％，而当nm时，所包含的原子总数为30个，表面原子所占比例达到100％“o。当粒径为10表面为90m2屈，粒径为5nm时，其比表面为180m2／g．而当粒径下降到2nm时，其比表面猛增到m2／d”。而且同时由于纳米催化剂的活性点多，分散性好，使其不会因反应体系的局部过热而失去纳米粒子以其独特的性质受到了科学家的关注，它在催化中的应用更为催化工作者展示了一个趣味盎然、富有活力的研究领域。从目前这一领域可以看到，纳米粒子在催化氧化、还原和裂解反应都具有很高的活性和选择性，对光解水制氢和一些有机合成反应也有明显的光催化活性。因纳米催化剂的特殊性能，国际E已把纳米粒子催化剂称为第四代催化剂“j。实际上，人们长期应用的催化剂中确有一些就是由纳米颗粒组成的，但是它们几乎都是密集的团聚体，没有发挥纳米颗粒的特点。我国目前在纳指出了纳米催化材料的开发和应用前景。中图分类号：0粒径达到1nm时，比活性。化学世界6358(2003)10-0554一04LIXtan—cai．LAIZhi—hua，LUOLai—tao．Abstract：Theapplicationandresearchdevelopmentnanostructuredmaterialscatalyticfieldsummarized，Theexcellentcharacteristicsmateria[sintroduced，thepointedKeywords：nanostructuredmaterials；catalysis；photocatalysis；catalytichydrogenation收疆日期}2002(南昌大学化学系．江西南昌643．3I)epartmentoJNanch“ngNanchangyearsprospectis10045010I幡回日期；2003—05339047)ChemistrytUniversity，tlianarJ33004，-(Ⅵf月nrecentareOUt．．0610n
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米材料的研究应用水平在某些方面处于世界领先地位，已实现产业化的SiOz、CaCO。、TiOz、ZnO等少数几个品种，这些制备出来的纳米材料在催化领域中主要用于两个方面：一是直接用作主催化剂-二是作为纳米催化剂载体制成负载型催化剂使用。纳米粒子作光催化剂有着许多优点，首先是粒径小．粒子达到表面数量多．光催化效率高；其次是纳米粒子分散在介质中具有透明性，容易运用光学手段和方法来观察界面间的电荷转移驶纳米粒子光催化剂受氧化还原的影响等。吴鸣“1等用环糊精为己二醇的光催化活性显著提高。以后他们01叉用纳米TiO。进行苯酚的光催化分解，发现当颗粒尺寸小nm时，出现明显的量子尺寸效应，其lJV吸收明显蓝移，催化活性也有较大提高。另外，用MoS：做光催化剂进行苯酚的光氧化时，当颗粒尺寸为直径大于8nm的MoS：就不行。而在TiO。上沉积5％纳米MoS：时，苯酚分解速度与非负载型TiO：相比提高了一倍”j。用纳米材料制成的半导体材料在光的作用下．产生的电子和空穴具有较强的还原和氧化能力，能氧化有毒的无机物质；降解大多数有物”]。英国伦敦安大略核子技术环境开发公司开发了一种新的常温光催化技术，利用人工采光和纳