预览加载中，请您耐心等待几秒...

纳米材料研究进展_纳米材料结构与化学性质_翟庆洲.pdf

预览
1/10
2/10
3/10
4/10
5/10
6/10
7/10
8/10
9/10
10/10

在线预览结束，喜欢就下载吧，查找使用更方便

下载提示 文本预览

如果您无法下载资料，请参考说明：

1、部分资料下载需要金币，请确保您的账户上有足够的金币

2、已购买过的文档，再次下载不重复扣费

3、资料包下载后请先用软件解压，在使用对应软件打开

化学研究与应用 1998年第10卷第3期ChemicalResearchandApplicationVol.10No.31998 纳米材料研究进展Ⅰ* ——纳米材料结构与化学性质 翟庆洲裘式纶**肖丰收张宗涛邵长路 (吉林大学化学系长春130023) 摘要报导了近十年来(1985～1996)有关纳米化学领域研究的某些进展。阐述了纳米材 料的特征结构与独特的化学性质。本文重点概述了纳米粒子表面过剩电荷、电荷载流子的相 互作用、“魔”聚数与粒子稳定性、粒子表面改性、纳米粒子的粒度控制以及择向排列效应,最 后介绍了纳米粒子的化学性质,主要包括化学反应活性、光化学性能及光电化学特性。 关键词纳米材料结构特征化学性质化学性能 中图分类号O648 纳米科学的产生堪称科学史上的一次革命,纳米科学的发展又为化学、物理学、材料学、生 物学及仿生学学科的交叉发展提供了新的机遇。由于纳米材料所具有的独特性质及新规律的 发现,近年来这一领域形成了新的交叉学科研究热点,国内有关纳米科学专题报导分别涉及纳 米科学基础知识[1～3]、纳米材料专题介绍[4～15]、纳米材料的制备[16～30]、结构[31～37]、性质[38～42]、 应用[30,43]及复合纳米材料[44～47]以及对纳米材料与纳米体系物理学的展望[48]。国外综述分别 涉及纳米材料基本性质[49～52]、生物膜模拟组装[53]、纳米晶作为光学材料[54]及纳米半导体粒子 光解水的工作[55,56]、Ulman[57]重点介绍了CdS纳米晶自组装,有人从配位化学观点对沸石/纳 米新型主/客体复合材料加以介绍[58～60],但以上文献大多侧重于报导纳米材料的物理学性质 或力学性质。本文与前述文献不同,将侧重报道有关近十年来纳米材料化学研究的某些进展, 我们重点对纳米材料的化学性质进行报导。 纳米晶体特征结构 纳米超微粒子早已广泛存在于自然界中并且与人类的生命活动密切相关,所谓纳米粒子 系指能用电子显微镜观察到[61]或直径在1～100nm[62]之间的粒子,如我们所熟悉的动物的筋、 皮、骨以及蛋白质均是纳米物质。早在约1861年,人们对化学中所谓的胶体(即纳米体系)曾开 展研究,但人们有目的地制取并研究纳米晶体却在本世纪六十年代[63]和八十年代[64]。近年来 有关纳米粒子化学研究虽刚起步,但却十分活跃。由于纳米粒子直径近于电子的德布罗意波 长,属于物质由宏观世界向微观世界的过渡区域,所以许多传统的化学理论在这种非宏观与非 微观领域里已不能再适用,因此,需要建立新的化学理论机制。 *国家自然科学基金资助课题**通讯联系人 本文于1997年9月25日收到 第3期翟庆洲等:纳米材料研究进展Ⅰ——纳米材料结构与化学性质227 在阐述有关纳米材料的化学性质之前,在必要首先介绍一下纳米晶体的特征结构,因为这 些特殊结构是其产生独特的化学性质具有特定化学性能的基础。纳米晶体结构不同于常规物 质,关于纳米晶体结构特征目前主要有两类看法。第一类认为纳米晶体界面具有“类气体”结 构。它既不同于长程有序的晶态,也不同于短程有序的非晶态,而是处于一种无序度更高的状 态。第二类认为纳米晶体结构中存在短程有序结构[65]。由于决定纳米晶体界面结构的因素很 多,如与物质的种类、粒子尺寸、纳米晶体的分布形态有关,也与纳米粒子的制备方法、压制过 程等因素有关。因此,有关纳米晶体结构是由相当复杂的内外多种因素所决定。目前对纳米材 料有两种分类方法,其一是将所有的纳米材料从结构上区分为两类[32],第一类纳米材料结构 全部为晶粒和晶界两种结构所组成,所有的结构基元尺寸都为纳米量级。材料中界面的浓度很 大,可达到全部体积的一半以上,这种高浓度界面结构使材料具有紧密的结构,因而材料性能 变化巨大[66],这类材料的X射线衍射表现出因晶粒尺寸小而引起的衍射峰展宽,展宽度遵守 [67,68] 谢乐公式Ihkl=kK/BcosH,第二类是低密度具有大量纳米尺寸空洞的无规网络结构,此类 材料全部结构由纳米晶粒和纳米空间有时还有纳米骨架结构和比纳米晶粒更小的亚稳原子团 簇组成,其密度低,这类材料特点是具有巨大的无规则网络结构,其中分布着错综复杂的通道 和孔洞结构。材料中表面结构浓度很大,可达(20～50)%,同时也具有大量的界面结构。高浓 度的表面结构原子极大地改变了材料的性能。第二种分类法是按纳米晶体结构形态划分成四 类(i)零维纳米晶体,即纳米尺寸超微粒子(ii)一维纳米晶体,即在一维方向上晶粒尺寸为纳米 量级,如纳米厚度的薄膜或层片结构,或一维的纤维(iii)二维纳米晶体,即在二维方向上晶粒 尺寸为纳米量级(所谓的量子线[70,71])(iv)三维纳米晶体,指晶粒在三维方向均为纳米尺度(通 常所指的纳米晶体材料[6