纳米材料的应用.ppt

一.纳米材料在催化领域的应用1．金属纳米粒子的催化作用
贵金属纳米粒子作为催化剂已成功地应用到高分子高聚物的氢化反应上，例如纳米粒子铑在氢化反应中显示了极高的活性和良好的选择性。烯烃双键上往往连有尺寸较大的基团，致使双键很难打开，若加上粒径为lnm的铑微粒，可使打开双键变得容易，使氢化反应顺利进行。
2．半导体纳米粒子的光催化
半导体的光催化效应发现以来，一直引起人们的重视，原因在于这种效应在环保、水质处理、有机物降解、失效农药降解等方面有重要的应用。所谓半导体的光催化效应是指：在光的照射下，价带电子跃迁到导带，价带的孔穴把周围环境中的羟基电子夺过来，短基变成自由基，作为强氧化剂将物质氧化，变化如下：酯、醇、醛、酸、CO2，完成了对有机物的降解。常用的光催化半导体纳米粒子有TiO2(锐铁矿相)、Fe2O3、CdS、ZnS、PbS、PbSe、ZnFe2O4等。主要用处：将这类材料做成空心小球，浮在含有有机物的废水表面上，利太阳光可进行有机物的降解。美国、日本利用这种方法对海上石油泄露造成的污染进行处理。采用这种方法还可以将粉体添加到陶瓷釉料中，使其具有保洁杀菌的功能，也可以添加到人造纤维中制成杀菌纤维。锐钛矿白色纳米TiO2粒子表面用Cu+、Ag+离子修饰，杀菌效果更好。这种材料在电冰箱、空调、医疗器械、医院手术室装修等方面有着广泛的应用前景。铅化的TiO2纳米粒子的光催化可以使丙炔与水蒸气反应，生成可燃性的甲烷、乙烷和丙烷；铂化的TiO2纳米粒子，通过光催化使醋酸分解成甲烷和CO2。还有一个重要的应用是，纳米TiO2光催化效应可以用来从甲醇水溶液中提取H2。3．纳米金属、半导体粒子的热催化
金属纳米粒子十分活泼，可以作为助燃剂在燃料中使用。也可以掺杂到高能密度的材料，如炸药，增加爆炸效率；也可以作为引爆剂进行使用。为了提高热燃烧效率，将金属纳米粒子和半导体纳米粒子掺杂到燃料中，以提高燃烧的效率，因此这类材料在火箭助推器和煤中作助燃剂。目前，纳米Al和Ni粉已被用在火箭燃料作助燃剂。二、纳米材料在光学方面的应用1．红外反射材料2．优异的光吸收材料日光灯管是利用水银的紫外谱线来激发灯管壁的荧光粉导致高亮度照明.一般来说,185nm的短波紫外光对灯管的寿命有影响,而且灯管的泄露对人体有害,这是一直困扰日光灯工业的主要问题.如果把几个纳米的Al2O3掺杂到稀土荧光粉中,利用纳米紫外吸收的蓝移现象就有可能吸收掉这种有害的紫外光,而且不降低荧光粉的发光效率.
大气中紫外线在300-400nm波段(太阳光对人体有伤害的紫外线也是这个波段),在防晒油和化妆品中加入纳米材料,纳米Al2O3、TiO2、SiO2等对这个波段的紫外光进行强吸收,可减少进入人体的紫外线.
在紫外线照射下塑料很容易老化,如果在塑料表面涂上一层含纳米材料的透明层,这种涂层对300-400nm波段的紫外线有强吸收,就可防止塑料的老化.汽车和船舰的表面都涂上油漆,底漆主要是氯丁橡胶和双酚或环氧树脂为原料,容易在阳光照射下老化,使得油漆脱落,若在面漆中加上能强烈吸收紫外光的纳米材料就可保护底漆了.(2)红外吸收(3)隐身材料1991年海湾战争中，美国战斗机美国F117表面包覆了多种超微粒（Al2O3、TiO2、SiO2、Fe2O3、氮化硼，碳化硼及其复合材料都是隐身材料）的红外与微波隐身材料，吸收宽频带的微波，可以逃避雷达的监视，而伊拉克的军事目标没有这种设施，损失惨重。美国又研制了纳米磁性材料，在一定条件下产生光发散效应，改变光传播方向，达到扰乱敌人探测的目标。美国F117隐形轰炸机机美国B2隐形轰炸机三、纳米材料在环境保护方面的作用1．纳米技术在治理有害气体方面的应用2．纳米技术在污水处理方面的应用3．纳米TiO2与环境保护（1）降解空气中的有害有机物
对室内主要的气体污染物甲醛、甲苯等的研究结果表明，光催化剂可以很好地降解这些物质，其中纳米TiO2的降解效率最好，将近达到100％。其降解机理是在光照条件下将这些有害物质转化为二氧化碳、水和有机酸。纳米TiO2的光催化剂也可用于石油、化工等产业的工业废气处理，改善厂区周围空气质量。
（2）降解有机磷农药
有机磷农药是70年代发展起来的农药品种，占我国农药产量的80％，它的生产和使用会造成大量有毒废水。这一环保难题，使用纳米TiO2来催化降解可以得到根本解决。（3）处理毛纺染废水
用纳米TiO2催化降解技术来处理毛纺染整废水，具有省资、高效、节能，最终能使有机物完全矿化、不存在二次污染等特点，显示出良好的应用前景。
（4）解决石油污染问题
在石油开采运输和使用过程中，有相当数量的石油类物质废弃在地面、江湖和海洋水面，用纳米TiO2可以降解石油，解决海洋的石油污染问题。
（5）处理城市生活垃圾
用纳米TiO2可以加速城市生活垃圾