Malvern Zetasizer Nano ZS90 纳米粒径电位分析仪操作规程

Malvern Zetasizer Nano ZS90纳米粒径电位分析仪

操作规程

1.开启电源：等待30min以稳定激光光源；

2.开启电脑，双击桌面的工作站快捷图DTS（Nano）；等待仪器自检（指示灯颜色变为绿色即自检成功），进入NanoZS90系统工作站；

3.建立测量条件的存储路径（单击File→new→磁盘D→个人数据→个人文件夹）；

4．测量粒度：

(1)单击工作栏上的Mesurement→Manual→Meaurement，在Manual-setting 窗口单击Meaurement Type→选择Size；

(2) 单击Labels , 输入测量样品名（如CSNP-040301）；

(3)单击Mesurement，设置测量温度（℃）、测量次数（通常选Automatic）、

测量循环次数（通常选1次）；

（4）单击Sample，设置样品参数：单击Manual选择Material Name（如为脂质体，请选择Liposome）/单击Dispersant 选择被分散的介质（通常选Water）；

(5)单击Cell,选择测量池类型（如聚苯乙烯塑料池选DTS0012测量池、如石

英池选PCS1115 Glass-square aperture）；

(6)单击Result calculation，设置粒度计算模型（通常选General Purpose/若能确认样品为单峰分布则选Monomodal）；

(7)设置完毕，点击确认。

5．测量样品

按仪器指示，打开样品池盖，放入测量池（带▼符号面朝向测量者），点击Start即开始测量（单击状态栏Result图标，可对粒度结果实时监控）；

6．结果分析

测量结束，选择Records View 栏下任一记录条后

（1）单击状态栏上的Intensity PSD(M), 获得光强度粒度分布图/单击Intensity statistics获得光强度粒度的统计学分布详表/分别单击Number 和Volume,获得

数量和体积分布结果图。

7.Zeta电位测量

（1）.单击工具栏上的Measure→Manual→Measurement,在Manual－setting窗口单击Measurement Type，选择Zeta potential；

(2).单击lables，输入测量样品名（如CSNP-040301）；

(3).单击Measurement, 设置测量温度(℃)、测量次数（通常选Automatic）、测量循环次数（通常选一次）；单击Sample,设置样品参数：F值极性溶剂选择

1.5（Smoluchowsi模型）/非极性溶剂选择1.0（Huckel模型）。

（4）.单击Material Name,选择样品类型（如脂质体选择Liposome）/单击Dispersant(选择分散介质（通常选择Water）

(5).单击Cell,选择测量池类型（DTS1060 Folded Capillary Cell）

(6).单击Result calculation，设置电位计算模型（通常选General Purpose/若样品电导率高于5Ms,则选Monomodal）；

(7).设置完毕，点击确认

8.测量样品

按仪器提示，打开样品池盖，放入测量池，点击Start即开始测量（单击状态栏上Zeta potential图标，可对电位结果实时监控）

9．结果分析

测量结束，选择Records View栏下任一记录条后，单击状态栏上的Zeta potential获得Zeta电位值。

10. 使用完毕后，依次关闭工作站软件、仪器和电脑，并做好使用记录。

注意事项：

1.禁止使用任何强腐蚀性溶剂；

2.放入样品测量池前，请确认池表面无液体残留；

3.测量温度设置不得超过50℃；粒度测定最小样品体积≥1ml，最大体积

≤1.5ml；Zeta电位测定≥0.75ml，最大体积≤1.5ml；

4.样品中若含有机溶剂，请使用石英样品池，用后自觉清洗；

5.测量结束后，请做好使用记录，自觉清洁台面；

6.禁止使用含有机溶剂样品进行Zeta电位的测量。

影响纳米材料光催化性能的因素

二、影响纳米材料光催化活性的因素。 1、半导体的能带位置 半导体的带隙宽度决定了催化剂的光学吸收性能。半导体的光学吸收阈值λg与Ｅg有关，其关系式为：λｇ=1240／Ｅg。半导体的能带位置和被吸附物质的氧化还原电势,从本质上决定了半导体光催化反应的能力。热力学允许的光催化氧化还原反应要求受体电势比半导体导带电势低(更正）;而给体电势比半导体价带电势高（更负)。导带与价带的氧化还原电位对光催化活性具有更重要的影响。通常价带顶VBT越正，空穴的氧化能力越强，导带底CBB越负,电子的还原能力越强。价带或导带的离域性越好,光生电子或空穴的迁移能力越强，越有利于发生氧化还原反应。对于用于光解水的光催化剂,导带底位置必须比H＋／H ２O(—0。41eV)的氧化还原势负,才能产生H2,价带顶必须比O2/Ｈ2O（+0。82eV）的氧化还原势正,才能产生O2，。因此发生光解水必须具有合适的导带和价带位置,而且考虑到超电压的存在,半导体禁带宽度Eｇ应至少大于１.8eV。目前常被用作催化剂的半导体大多数具有较大的禁带宽度,这使得电子-空穴具有较强的氧化还原能力。 ２、光生电子和空穴的分离和捕获 光激发产生的电子和空穴可经历多种变化途径,其中最主要的是分离和复合两个相互竞争的过程。对于光催化反应来说,光生电子和空穴的分离与给体或受体发生作用才是有效的。如果没有适当的电子或空穴的捕获剂,分离的电子和空穴可能在半导体粒子内部或表面复合并放出荧光或热量。空穴捕获剂通常是光催化剂表面吸附的OH—基团或水分子,可能生成活性物种·OH，它无论是在吸附相还是在溶液相都易引发物质的氧化还原反应，是强氧化剂。光生电子的捕获剂主要是吸附于光催化剂表面上的氧，它既能够抑制电子与空穴的复合,同时也是氧化剂，可以氧化已经羟基化的反应产物。 3、晶体结构 除了对晶胞单元的主要金属氧化物的四面体或八面体单元的偶极矩的影响,晶体结构（晶系、晶胞参数等）也影响半导体的光催化活性.TiＯ2是目前认为最好的光催化剂之一。TiO2主要有两种晶型-锐钛矿和金红石,两种晶型结构均可由相互连接的TiO6八面体表示，两者的差别在于八面体的畸变程度和八面体间相互连接的方式不同。结构上的差异导致了两种晶型有不同的质量密度及电子能带结构。锐钛矿的质量密度略小于金红石，且带间隙（3．2eV)略大于金红石(3。1eV),这是其光催化活性比金红石的高。 4、晶格缺陷 根据热力学第三定律,除了在绝对零度，所有的物理系统都存在不同程度的不规则分布，实际晶体都是近似的空间点阵式结构，总有一种或几种结构上的缺陷。当有微量杂质元素掺入晶体时,也可能形成杂质置换缺陷。这些缺陷的存在对光催化活性可能起着非常重要的影响。有的缺陷可能会成为电子或空穴的捕获

碳纳米材料在电化学传感器中的应用

碳纳米材料在电化学传感器中的应用研究 摘要由于碳纳米材料具有良好的力学、电学及化学性能而被人们广泛研究，特别是对于具有大比表面积、高的电导率和良好生物相容性的碳纳米管、碳纳米纤维和石墨烯更是研究的热点。这些新型碳材料具有许多优异的物理和化学特性，被广泛地应用于诸多领域，特别是在电化学领域中显示出其独特的优势。本文主要阐述了碳纳米材料在电化学传感器领域的应用。 关键词碳纳米管石墨烯电化学传感器 1电化学传感器概述 电化学传感器主要由两部分组成：识别系统；传导或转换系统。 识别系统与待测物的某一化学参数（常常是浓度）与传导系统连结起来。它主要具有两种功能：选择性地与待测物发生作用，反所测得的化学参数转化成传导系统可以产生响应的信号。分子识别系统是决定整个化学传感器的关键因素。因此，电化学传感器研究的主要问题就是分子识别系统的选择以及如何反分子识别系统与合适的传导系统相连续。电化学传感器的传导系统接受识别系统响应信号，并通过电极、光纤或质量敏感元件将响应信号以电压、电流或光强度等的变化形式，传送到电子系统进行放大或进行转换输出，最终使识别系统的响应信号转变为人们所能用作分析的信号，检测出样品中待测物的量。 最早的电化学传感器可以追溯到 20 世纪 50 年代，当时用于氧气监测。到了 20 世纪80 年代中期，小型电化学传感器开始用于检测 PEL 范围内的多种不同有毒气体，并显示出了良好的敏感性与选择性。目前，为保护人身安全起见，各种电化学传感器广泛应用于许多静态与移动应用场合。 2 碳纳米材料——碳纳米管和石墨烯 随着科学技术的进步,研究者发现空间尺寸在0.1-100 nm之间的物质拥有很多宏观状态下没有的特性[1]。我们把这些具有一定功能性、三维空间尺寸至少有一维介于0.1-100 nm 之间的一类物体统称为纳米材料。它是由纳米微粒、原子团簇、纳米丝、纳米管、纳米薄膜或由纳米粒子组成的块体。由于具有颗粒尺寸小、比表面积大、表面能高、表面原子所占比例大等特点,以及其特有的量子尺寸效应[2, 3]、体积效应[4]、表面效应[5]和量子隧道效应[6]等特性,纳米材料在光学、热学、催化、光化学以及敏感特性等方面具有一系列特殊的性质,因此它具备其它一般材料所没有的优越性能,可广泛应用于电子、医药、化工、生物、军事、航空航天等众多领域,在整个新材料的研究应用方面占据着核心的位置。 碳是一种非金属元素,位于元素周期表的第二周期IV A族。作为地球上最容易得到的元素之一,碳元素以多种形式广泛存在于大气和地壳之中。碳单质很早就被人认识和利用,它在常温下的化学性质比较稳定,不溶于水、稀酸、稀碱和有机溶剂。利用现代科技的不同制备方法,我们可以制备出不同独特空间结构和特异性能的碳纳米材料,其中包括零维的富勒烯、一维的碳纳米管、二维的石墨烯和三维的石墨或金刚石。依靠独特的空间结构和优异的化学性能,它们可以应用于各个领域中。接下来我们主要介绍一下碳纳米管和石墨烯。 2.1碳纳米管 CNTs是1991 年日本电镜学家Iijima在高分辨透射电子显微镜下检验石墨电弧中产生

纳米材料参考答案

纳米材料与纳米结构复习题 1. 简单论述纳米材料的定义与分类。答：广义上讲：纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度围，或由他们作为基本单元构成的材料。 按维数，纳米材料可分为三类：零维：指在空间三维尺度均在纳米尺度，如纳米颗粒，原子团簇等。一维：指在空间有两处处于纳米尺度，如纳米丝，纳米棒，纳米管等。 二维：指在三维空间中有一维处在纳米尺度，如超薄膜，多层膜等。因为这些单元最具有量子的性质，所以对零维，一维，二维的基本单元又分别具有量子点，量子线和量子阱之称 2. 什么是原子团簇? 谈谈它的分类。 答：原子团簇: 指几个至几百个原子的聚集体(粒径一般等于或小于1nm) 例如：C n H m (n与m都是整数)；碳簇(C60、C70和富勒烯等) 原子团簇的分类： a 一元原子团簇：即同一种原子形成的团簇，如金属团簇，非金属团簇，碳簇等。 b二元原子团簇：即有两种原子构成的团簇，例如Zn n P m, Ag n S m等。 c多元原子团簇：有多种原子构成的团簇，例如V n(C6H6)m等 d原子簇化合物：原子团簇与其它分子以配位键形成的化合物。例如(Ag) n(NH 3)m等。 3. 通过Raman 光谱中如何鉴别单壁和多臂碳纳米管? 如何计算单壁碳纳米管直径? 答：利用微束拉曼光谱仪能有效观察到单壁纳米管特有谱线，这是鉴定单壁纳米管非常 灵敏的方法。100-400cm -1围出现单壁纳米管特征峰，单壁纳米管特有的呼吸振动模式； 1609cm-1是定向多壁纳米管的拉曼特征峰。 单臂管的直径 d 与特征拉曼峰波数成反比，即：d=224/w 。式中的 d 单壁管的直径，nm；w 为特征拉曼峰的波数cm-1 4. 论述碳纳米管的生长机理。 答：采用化学气相沉积( CVD) 在衬底上控制生长多壁碳纳米管。原理：首先，过镀金 属(Fe,Co,Ni)催化剂颗粒吸收和分解碳化合物，碳与金属形成碳-金属体；随后，碳原子 从过饱和的催化剂颗粒中析出；最后，为了便于碳纳米管的合成，金属纳米催化剂通常由具有较大的表面积的材料承载。 各种生长模型 1 、五元环－七元环缺陷沉积生长2、层－层相互作用生长3、层流生长 4、顶端生长 5、根部生长 6、喷塑模式生长 7、守善院士：13C同位素标记，多壁碳纳米管的所有层数同时从催化剂中生长出来的，证明了“帽”式生长(yarmulke) 的合理性 生长机理表面扩散生长机理：不是生长一单壁管，然后生长外单壁管；而是在从固熔体相处时，开始就形成多层管

纳米催化剂

纳米催化剂的制备及应用 学院：化工学院专业：化学工程与技术 学生姓名：学号： 摘要：纳米催化剂具有大比表面积、高表面能、高度的光学非线性、特异催化性和光催化性等特性，在一些反应中表现出优良的催化性能。本文简要介绍了纳米催化剂的基本性质，综述了纳米催化剂的制备方法和特性，讨论了纳米催化在化工中的应用，对今后纳米催化材料研究方向进行了展望。 关键词：纳米催化剂制备在化工中的应用发展 近年来，纳米催化剂(Nanometer catalyst--NCs)的相关研究蓬勃发展。NCs 具有比表面积大、表面活性高等特点，显示出许多传统催化剂无法比拟的优异特性；此外，NCs还表现出优良的电催化、磁催化等性能，已被广泛地应用于石油、化工、能源、涂料、生物以及环境保护等许多领域。目前，纳米技术的研究主要向两个方向进行：一是通过新技术减少目前使用的材料如金属氧化物的用量；二是进行新材料的开发，如复合氧化物纳米晶。由于纳米粒子表面积大、表面活性中心多，所以是一种极好的催化材料。将普通的铁、钴、镍、钯、铂等金属催化剂制成纳米微粒，可大大改善催化效果。在石油化工工业采用纳米催化材料，可提高反应器的效率，改善产品结构，提高产品附加值、产率和质量。目前已经将纳米粉材如铂黑、银、氧化铝和氧化铁等直接用于高分子聚合物氧化、还原和合成反应的催化剂。纳米铂黑催化剂可使乙烯的反应温度从600e降至常温。随着世界对环境和能源问题认识的深入，纳米材料在处理污染、降解有毒物质方面有良好光解效果[1]。在润滑油中添加纳米材料可显著提高其润滑性能和承载能力，减少添加剂的用量，提高产品的质量。对纳米催化剂的研究无论理论上还是实际应用上都具有深远的意义。 1纳米催化剂的制备方法 纳米催化剂的制备方法直接影响到其结构、粒径分布和形态，从而影响其催化性能。文献中报道的制备方法多达数10种，本文主要介绍其中常用的几种。1.1溶胶-凝胶法 溶胶-凝胶法是指金属有机或无机化合物经过溶胶-凝胶化和热处理形成氧化物或其他固体化合物的方法。其过程是：用液体化学试剂（或粉状试剂溶于溶剂中）或溶胶为原料，而不是传统的粉状物为反应物，在液体中混合均匀并进行反

影响纳米材料光催化性能的因素

1、半导体的能带位置 半导体的带隙宽度决定了催化剂的光学吸收性能。半导体的光学吸收阈值λg与Eg有关，其关系式为：λg=1240/Eg。半导体的能带位置和被吸附物质的氧化还原电势，从本质上决定了半导体光催化反应的能力。热力学允许的光催化氧化还原反应要求受体电势比半导体导带电势低（更正）；而给体电势比半导体价带电势高（更负）。导带与价带的氧化还原电位对光催化活性具有更重要的影响。通常价带顶VBT越正，空穴的氧化能力越强，导带底CBB越负，电子的还原能力越强。价带或导带的离域性越好，光生电子或空穴的迁移能力越强，越有利于发生氧化还原反应。对于用于光解水的光催化剂，导带底位置必须比H+/H 2 O的氧化 还原势负，才能产生H 2，价带顶必须比O 2 /H 2 O(+的氧化还原势正，才能产生O 2 ,。 因此发生光解水必须具有合适的导带和价带位置，而且考虑到超电压的存在，半 导体禁带宽度Eg应至少大于。目前常被用作催化剂的半导体大多数具有较大的禁带宽度，这使得电子-空穴具有较强的氧化还原能力。 2、光生电子和空穴的分离和捕获 光激发产生的电子和空穴可经历多种变化途径，其中最主要的是分离和复合两个相互竞争的过程。对于光催化反应来说，光生电子和空穴的分离与给体或受体发生作用才是有效的。如果没有适当的电子或空穴的捕获剂，分离的电子和空穴可能在半导体粒子内部或表面复合并放出荧光或热量。空穴捕获剂通常是光催化剂表面吸附的OH-基团或水分子，可能生成活性物种·OH，它无论是在吸附相还是在溶液相都易引发物质的氧化还原反应，是强氧化剂。光生电子的捕获剂主要是吸附于光催化剂表面上的氧，它既能够抑制电子与空穴的复合，同时也是氧化剂，可以氧化已经羟基化的反应产物。 3、晶体结构 除了对晶胞单元的主要金属氧化物的四面体或八面体单元的偶极矩的影响，晶体结构（晶系、晶胞参数等）也影响半导体的光催化活性。TiO 2 是目前认为最 好的光催化剂之一。TiO 2 主要有两种晶型—锐钛矿和金红石，两种晶型结构均可 由相互连接的TiO 6 八面体表示，两者的差别在于八面体的畸变程度和八面体间相互连接的方式不同。结构上的差异导致了两种晶型有不同的质量密度及电子能带结构。锐钛矿的质量密度略小于金红石，且带间隙（）略大于金红石（），这是其光催化活性比金红石的高。 4、晶格缺陷 根据热力学第三定律，除了在绝对零度，所有的物理系统都存在不同程度的不规则分布，实际晶体都是近似的空间点阵式结构，总有一种或几种结构上的缺陷。当有微量杂质元素掺入晶体时，也可能形成杂质置换缺陷。这些缺陷的存在

金属纳米晶体的表面与其催化效应

金属纳米晶体的表面与其催化效应 沈正阳 (浙大材料系1104 3110103281) 摘要：概括纳米材料的表面与界面特性，从金属纳米晶体表面活性与结构介绍其的催化性能，简要概述金属纳米晶体形状与晶面的关系以及金属纳米晶体的成核与生长。 关键词：纳米金属；表面活性；催化；高指数晶面 1.纳米材料的表面与界面 纳米微粒尺寸小，表面能高，位于表面的原子占相当大的比例。由于表面原子数增多，原子配位不足及高的表面能，使这些表面原子具有高的活性，极不稳定，很容易与其他原子结合。强烈的表面效应，使超微粒子具有高度的活性。如将刚制成的金属超微粒子暴露在大气中，瞬时就会氧化，若在非超高真空环境，则不断吸附气体并发生反应。[1] 纳米晶体是至少有一个维度介于1到100纳米之间的晶体。纳米材料主要由晶粒和晶粒界面2部分组成，二者对纳米材料的性能有重要影响。纳米材料微观结构与传统晶体结构基本一致，但因每个晶粒仅包含着有限个晶胞，晶格点阵必然会发生一定程度的弹性畸变，其内部同样会存在各种缺陷，如点缺陷、位错、孪晶界等。纳米金属粒子的形状、粒径、颗粒间界、晶面间界、杂质原子、结构缺陷等是影响其催化性能的重要因素。纳米材料中，晶界原子质量分数达15%~50%，晶界上的原子排列极为复杂，尤其三相或更多相交叉区，原子几乎是自由的、孤立的，其量子力学状态和原子、电子结构已非传统固体物理、晶体理论所能解释。金属纳米晶体研究中，发现面心立方结构纳米金属如 Al、Ni、Cu 和密排六方结构Co都存在孪晶和层错缺陷，Cu纳米金属中存在晶界滑移。 2.金属纳米晶体的催化性能 近年来，关于纳米微粒催化剂的大量研究表明，纳米粒子作为催化剂，表现出非常高的催化活性和选择性。这是因为纳米微粒尺寸小，位于表面的原子或分子所占的比例非常大，并随纳米粒子尺寸的减小而急剧增大，同时微粒的比表面积及表面结合能迅速增大。纳米颗粒表面原子数的增加、原子配位的不足必然导致了纳米结构表面存在许多缺陷。从化学角度看，表面原子所处的键合状态或键

纳米材料在复合电沉积中的应用

!!收稿日期："##$%#&%"$!!修回日期："##$%#$%’(!!基金项目：青岛市人才计划项目（#)%"%*+%’,） !!作者简介：王积森（’-.$%），男，教授，主要是从事纳米材料与表面技术的教学与研究工作。 !!作者联系方式：（/01）#$)"%.#$&$’"。 纳米材料在复合电沉积中的应用 王积森’，!温红’，!孙金全"，!张国松’ （’2山东科技大学机械电子工程学院，山东青岛!"..$’#；"2山东科技大学材料科学与工程学院，山东青岛!"..$’#） 摘!要：综述了纳米复合镀层（包括高硬度耐磨纳米复合镀 层，耐腐蚀、装饰性复合镀层，耐高温氧化复合镀层和具有电接触功能的纳米复合镀层等）的研究现状。对纳米微粒与金属的共沉积机理———吸附机理、力学机理和电化学机理以及纳米复合镀层的结构特点进行了概述。指出了纳米复合电沉积技术存在的问题及今后的发展方向。关键词：纳米材料；复合镀层；电沉积；机理 中图分类号： /3’(&4&&!!!!!文献标识码：5文章编号：’##&%""(6（"##.）#’%##$-%#$ !""#$%&’$()(*)&)(+,&’-.$&#/’(’0-%(,"(/$’--#-%’.(+"#&’$)17789:3;<=>0?，8@:AB?C ，DE:;B?C !2/’.&%’：/J0K0L0?M NKBCK0>>0HKLJ B?MJ0?H?B=O0M0K LBONB>（>H?P R0HK K0><>MH?L0，MJ0LBKKB=><>MH?M H?P P0LBKHM，MJ0?H?BO0M0K LBONB>BQ J<>MH?L0H?P MJ0?H?BO0M0K LBONB>JHS>GOOHKO BQ ?H?BNHKMH?P O0MH1BKNMO ，O0LJH?O H?P 010LMKB=LJ0OO H?P MJ0>MKGLMGK0LJHKHLM0K<>MC0?0KH1MBQ ?H?BO0M0K LBONB>0?M0P4 3-45(.6/：?H?B=OHM0KO 7$./’+&8’0(.9/&66.-//：*?>M

纳米碳材料和高性能催化_齐伟

第29卷第5期 化学反应工程与工艺 V ol 29, No 5 2013年10月 Chemical Reaction Engineering and Technology Oct. 2013 收稿日期：2013-09-03；修订日期：2013-10-14。 作者简介：齐 伟（1982—），男，博士后；苏党生（1961—），男，博士，研究员，通讯联系人。E-mail ：dssu@https://www.sodocs.net/doc/a51970769.html, 。 基金项目：国家自然科学基金（51221264，21133010，21303226）；国家重大基础研究发展（973）计划（2011CBA00504）；中共中央组织部 海外高层次人才引进项目；中国科学院沈阳金属研究所葛庭燧奖研金。 文章编号：1001—7631 ( 2013 ) 05—0423—07 纳米碳材料和高性能催化 齐 伟，苏党生 (中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家（联合）实验室, 催化材料研究部, 辽宁 沈阳 110016) 摘要：对纳米碳材料在催化领域中应用方面的最新研究成果作了简要的综述，主要从纳米碳材料作为催化剂 载体和催化剂在高性能催化反应体系中的应用两方面展开，包括：纳米碳材料表面物理化学性质对所负载催 化剂化学结构和催化活性的影响；纳米碳材料直接作为催化剂在气相，液相或者电化学催化体系中的应用； 纳米碳催化反应的机理和本质规律。通过对该领域内研究成果的系统总结，发现短期内纳米碳催化领域研究 应该集中在对催化反应过程的本质理解以及对反应机理的量化描述，如分子或原子尺度上反应动力学研究等 方面。在相关研究成果的基础上，结合纳米碳材料可控和规模化制备技术的发展，纳米碳催化的工业化应用 具有巨大的发展前景。 关键词：纳米碳材料 均相催化 异相催化 高性能催化剂 催化剂载体 中图分类号：O643 文献标识码：A 碳元素是自然界中存在的与人类最密切相关、最重要的元素之一，它具有sp ，sp 2和sp 3杂化等多样的电子轨道特性。近年来，伴随纳米技术的发展，具有纳米结构的功能碳材料研究相当活跃，新型碳基材料层出不穷。所谓纳米结构碳材料是指具有特定结构、分散相尺度至少有1维小于100 nm 的以碳元素为主体的材料，主要包括碳纳米管（单壁、双壁和多壁等），碳纳米纤维，石墨烯（纳米石墨），纳米金刚石，富勒烯，纳米有序孔碳等（如图1所示）。这些纳米碳材料主要通过化学气相沉积，石墨电弧，激光蒸发石墨，电解和水热等物理化学过 程制得。与传统的无定形炭或活性炭相比，纳米碳材 料表现出机械强度高，热稳定性好，导电和导热能力 强，化学结构和酸碱性易于调控等特点[1-4]。鉴于纳 米碳材料的诸多优点以及是一类可再生的环境友好 材料，能够满足绿色化学和可持续性发展的需求，其 在催化反应中的应用已经成为相关领域的研究热点 [5,6]。考虑到该领域仍处于起步阶段，许多关键科学 问题尚未解决，所以综述了纳米碳材料在催化领域内 的应用研究，旨在总结纳米碳催化研究发展的现状， 归纳相关领域内已经获得的研究成果，分析指出尚未 解决的问题，并尝试展望该领域短期内可能的发展方 向以及纳米碳催化实现工业化的可能性。 图1典型纳米碳材料结构 Fig.1 Typical structure of nano-carbon materials

Pd纳米催化剂的电化学制备与性能

附件2 论文中英文摘要 作者姓名：田娜 论文题目：高指数晶面结构Pt、Pd纳米催化剂的电化学制备与性能 作者简介：田娜，女，1976年02月出生，2002年09月师从于厦门大学孙世刚教授，于2007年12月获博士学位。 中文摘要 铂族金属纳米催化剂是燃料电池、石油催化重整、汽车尾气净化等能源和环境重大领域中不可替代、广泛使用的催化剂。全世界每年用于催化剂的铂族金属中，仅铂的用量就高达100吨，价值70多亿美元。由于铂族金属的资源匮乏（在地壳中的丰度仅为0.003 ppb）、价格昂贵，如何进一步提高其催化活性、稳定性和利用效率一直是相关领域的重大科学问题和关键工程技术问题。提高铂族金属纳米催化剂的性能，一种方法是通过掺入其它组份形成合金，利用两种或多种组份的协同效应或电子结构效应；另一途径则是通过调控纳米粒子的形状以改变表面原子排列结构，利用催化反应的表面结构效应。以金属单晶面为模型催化剂的基础研究表明：高指数晶面含有高密度的台阶原子和扭结原子，其配位数很低，非常容易与反应分子发生相互作用，成为催化活性中心，其催化活性和稳定性通常显著优于{100}、{111}等低指数晶面。但是本体金属的高指数单晶面价格昂贵，比表面积很小，不可能作为实际催化剂。要充分利用催化反应的表面结构效应，合成高指数晶面结构的金属纳米粒子催化剂是具有重要基础和应用价值的课题，同时也极具挑战性。因为高指数晶面的表面能很高，根据晶体生长规律，晶体沿高指数晶面方向的生长速度远快于沿低指数晶面方向，致使高指数晶面趋于消失，最终仅得到由{111}、{100}等低指数晶面围成的纳米晶体。十余年来，虽然通过化学合成方法已经制备了很多形状（如四面体、八面体、截角八面体、立方体等）的铂族金属纳米晶体，但均未能突破晶体生长规律的限制，其表面均为低指数晶面。 高指数晶面可分为{hk0}、{hkk}、{hhl}及{hkl}（h>k>l>0）四种类型，相应的晶体呈二十四面体、偏方三八面体、三八面体和六八面体。本论文中，我们发展了金属纳米晶体生长和表面结构控制的电化学方波电位方法，成功制备出一系列由{hk0}、{hkk}和{hkl}型高指数晶面围成的铂、钯纳米单晶粒子及孪晶纳米棒，揭示了这些晶体的生长规律，并研究它们对有机小分子电氧化的催化性能。论文的主要创新点和取得的主要研究结果如下：

纳米材料与纳米结构21个题目完整答案

1.简单论述纳米材料的定义与分类。 2.什么是原子团簇? 谈谈它的分类. 3.通过Raman 光谱中任何鉴别单壁和多臂碳纳米管? 如何计算单壁碳纳米管直径? 4.论述碳纳米管的生长机理。 5.论述气相和溶液法生长纳米线的生长机理。 6.解释纳米颗粒红外吸收宽化和蓝移的原因。 7.论述光催化的基本原理以及提高光催化活性的途径。 8.什么是库仑堵塞效应以及观察到的条件？ 9.写出公式讨论半导体纳米颗粒的量子限域效应和介电限域效应对其吸收边，发光峰的影响。 10.纳米材料中的声子限域和压应力如何影响其Raman 光谱。 11.论述制备纳米材料的气相法和湿化学法。 12.什么是纳米结构，并举例说明它们是如何分类的，其中自组装纳米结构形成的条件是什么。 13.简单讨论纳米颗粒的组装方法 14.论述一维纳米结构的组装，并介绍2种纳米器件的结构。 15.论述一维纳米结构的组装，并介绍2种纳米器件的结构。 16.简单讨论纳米材料的磁学性能。 17.简述“尺寸选择沉淀法”制备单分散银纳米颗粒的基本原理 18.简述光子晶体的概念及其结构 19.目前人们已经制备了哪些纳米结构单元、复杂的纳米结构和纳米器件。并说明那些纳米结构应该具有增强物理和化学性 能。 20.简单论述单电子晶体管的原理。 21.简述纳米结构组装的工作原理。 1.简单论述纳米材料的定义与分类。 答：最初纳米材料是指纳米颗粒和由它们构成的纳米薄膜和固体。 现在广义: 纳米材料是指在三维空间中至少有一维处在纳米尺度范围，或由他们作为基本单元构成的材料。 如果按维数，纳米材料可分为三大类： 零维：指在空间三维尺度均在纳米尺度，如：纳米颗粒，原子团簇等。 一维：指在空间有两处处于纳米尺度，如：纳米丝，纳米棒，纳米管等。 二维：指在三维空间中有一维处在纳米尺度，如：超薄膜，多层膜等。 因为这些单元最具有量子的性质，所以对零维，一维，二维的基本单元，分别又具有量子点，量子线和量子阱之称。

电化学在制备纳米材料方面的应用

电化学在制备纳米材料方面的应用 摘要：应用电化学方法制备纳米材料是近年来发展起来的一项新技术。本文对应用电化学技术制备纳米材料的方法进行分类，着重介绍了电化学沉积法、电弧法、超声电化学法和电化学腐蚀法，并对其应用前景做了展望。 关键词：电化学纳米材料电沉积 1 前言 纳米材料和纳米技术被广泛认为是二十一世纪最重要的新型材料和科技领域之一。纳米材料是指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。当材料的粒子尺寸小至纳米级时，材料就具有普通材料所不具备的三大效应：(1)小尺寸效应，指当纳米粒子的尺寸与传统电子的德布罗意波长以及超导体的相干波长等物理尺寸相当或更小时，其周期性的边界条件将被破坏，光吸收、电磁、化学活性、催化等性质发生很大变化的效应；(2)表面效应，指纳米微粒表面原子与总原子数之比。纳米微粒尺寸小，表面能高，位于表面的原子占相当大的比例。随着粒径减小，表面原子数迅速增加。由于表面原子数增加，原子配位不足及高的表面能，使得这些表面原子具有高的活性，极不稳定，使其在催化、吸附等方面具有常规材料无法比拟的优越性；(3)宏观量子隧道效应。微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效应。研究发现，一些宏观量，如纳米粒子的磁化强度、量子相干器件中的磁通量也具有隧道效应，称为宏观量子隧道效应。正是由于纳米材料具有上面的三大效应，才使它表现出：(1)高强度和高韧性；(2)高热膨胀系数、高比热容和低熔点；(3)异常的导电率和磁化率；(4)极强的吸波性；(5)高扩散性等令人难以置信的奇特的宏观物理特性。 自1991年Iijima首次制备了碳纳米管以来，一维纳米材料由于具有许多独特的性质和广阔的应用前景而引起了人们的广泛关注。纳米结构无机材料因具有特殊的电、光、机械和热性质而受到人们越来越多的重视。美国自1991年开始把纳米技术列入“政府关键技术”，我国的自然科学基金等各种项目和研究机构都把纳米材料和纳米技术列为重点研究项目。 由于纳米材料的形貌和尺寸对其性能有着重要的影响，因此，纳米材料形貌和尺寸的控制在纳米材料合成中是非常重要的。 目前制备纳米材料主要采用机械法、气相法、磁控溅射法等物理方法和溶胶—凝胶法、离子液法、溶剂热法、微乳法化学方法。但在这些方法中，机械法、气相法、磁控溅射法的生产设备及条件要求很高，生产成本高；化学方法中的离子液法和微乳法是近几年发展起来的新兴的研究领域，同时离子液离子液作为一种特殊的有机溶剂，具有粘度较大、离子传导性较高、热稳定性高、低毒、流动性好等独特的物理化学性质，但是离子液体用于纳米材料制备的技术还未成熟。 应用电化学技术制备纳米材料由于简单易行、成本低廉等特点被广泛研究与采用。与其他方法相比，电化学制备方法主要具有以下优点：1、适合用于制备的纳米晶金属、合金及复合材料的种类较多；2、电化学制备纳米材料过程中的电位可以人为控制。整个过程容易实现计算机监控，在技术上困难较小、工艺灵活，易于实验室向工业现场转变；3、常温常压操作，避免了高温在材料内部引入的热应力；4、电沉积易使沉积原子在单晶基底上外延生长，可在大面积和复杂形状的零件上获得较好的外延生长层。 电化学方法已在纳米材料的制备研究领域取得了一系列具有开拓性的研究成果。本文综述了应用电化学技术制备纳米材料的主要的几种方法及其制备原理，并对其优劣进行了比较。 2 应用电化学技术制备纳米材料的种类 2.1 电化学沉积法 与传统的纳米晶体材料制备相比，电沉积法具有以下优点：(1)晶粒尺寸在1~100 nm内；(2)

电沉积纳米材料

电沉积纳米材料 ——读屠振密《电沉积纳米晶材料技术》电化学是物理化学的一个重要组成部分，主要研究电能和化学能之间的相互转化以及转化过程中的有关规律。 电沉积是电化学必不可分的一部分，它是一种电化学过程，也是氧化—还原过程，它研究的重点是“阴极沉积”。电沉积是在含有被镀离子的水溶液中通以电流，使带正电荷的阳离子在阴极上放电，于是得到膜层。 电沉积基底通常为水溶液，如硅线沉积普鲁士蓝，也有非水溶液和熔融盐，在电沉积的溶液中，加入适宜的结晶化表面活性剂是非常必要的，这有利于得到晶粒细化的纳米晶结构。同时可采用适当高的电流密度。随着电流密度的增加，电极上的过电势升高，使形核的驱动力增加，沉积层的晶粒尺寸减少。不过，如果电流密度增大而阴极附近 电解液中消耗的沉积离子来不及得到补充，则反而会使晶粒尺寸增大。或采用有机添加剂。一方面，添加剂分子吸附在沉积表面的活性部位，可抑制晶体的生长。另一方面，析出原子的扩散也被吸附的有机添加剂分子所抑制，较少到达生长点，从而优先形成新的晶核。此外，有机添加剂还能提高电沉积的过电势。以上这些作用都可细化沉积层的晶粒。 近年来，纳米技术日渐兴起，电沉积纳米材料可获得比普通材料更优良的结果，电沉积纳米镀层是在镀液中加入纳米微粒，通过与金

属共沉积获得镀层。将纳米微粒应用在电沉积及电刷镀中，可获得比普通复合镀层更高的硬度、耐磨性、减摩性、耐蚀性和润湿性等优异的特性，使复合镀层的功能性得到大幅度的提高。 电刷镀是电沉积的一种，研究和应用的时间还比较短，对纳米复合电刷镀的沉积机理尚缺乏深入的研究，从目前的研究成果可推测纳米复合电刷镀沉积过程和纳米复合镀有些相类似，大致如下：①镀液中的纳米微粒和金属离子在镀笔的流体力学作用下，被传送到阴极及表面附近的流体边界层。②金属离子和纳米微粒在电场和扩散作用下穿过扩散层到达电极表面。③金属离子在阴极表面吸附、获得电子、到达晶格生长点，而嵌入晶格；同时纳米微粒在阴极表面通过静电吸附或特性吸附或机械滞留，其中部分和金属作用较强者被金属包裹，即形成纳米复合镀层；还有部分纳米微粒则被镀笔从阴极带走。④金属离子和纳米微粒均在大电流密度下断续沉积，镀笔的运动对纳米微粒有一定的选择和均匀分布效应。例如，电沉积镍基合金纳米微晶磁性材料，具有十分优异的性能，如高磁导率，低损耗，高饱和磁化强度等，现在已用于开关电源、传感器和变压器等。纳米微晶磁性材料有利于实现小型化、轻量化及多功能化，故发展迅速。以铁为基的Fe-Ni纳米合金，能进一步改善高温磁性。 电沉积纳米材料的性能优异，广泛应用于生产生活中。 在化工方面，催化是纳米超微粒子应用的重要领域之一，利用纳米微粒高比表面积和高活性，可以显著地增进催化效率，目前已作为第四代催化剂进行研究和开发，它在燃料化学、催化化学中起着十分

电沉积制备Ni-Co-Al2O3纳米复合镀层的研究

doi：10.3969/j.issn.1007-7545.2015.02.014 电沉积制备Ni-Co-Al2O3纳米复合镀层的研究 王一雍，苏建铭，韩楚菲，金辉，张峻巍，宋华，李继东 (辽宁科技大学激光先进制造技术研发中心，辽宁鞍山114051) 摘要：采用电沉积工艺制备了Ni-Co-Al2O3纳米复合镀层，利用显微硬度仪测定了复合镀层的硬度，考察了电流密度、纳米Al2O3浓度、电镀温度及镀液pH对镀层硬度的影响，分别借助SEM分析技术及电化学测试技术对最大硬度镀层进行微观性能及耐蚀性能进行研究。结果表明，纳米Al2O3弥散分布在镀层中，复合镀层晶粒进一步细化，耐蚀性显著提高。 关键词：纳米复合镀；电沉积；Ni-Co合金镀层；硬度；耐蚀性 中图分类号：TF803.21 文献标志码：A 文章编号：1007-7545（2015）02-0000-00 Study of Preparation of Ni-Co-Al2O3 Nanocomposite Coating by Electro-deposition WANG Yi-yong, SU Jian-ming, HAN Chu-fei, JIN Hui, ZHANG Jun-wei, SONG Hua, LI Ji-dong （Laser Advanced Manufacturing Technology Center, University of Science and Technology Liaoning, Anshan 114051, Liaoning, China) Abstract: Ni-Co-Al2O3 nanocomposite coating was prepared by electro-deposition. The hardness was determined by micro-hardness tester. The effects of current density, concentration of nano-Al2O3particle, and temperature and pH value of plating solution on hardness of coating were investigated. The microstructure and corrosion resistance of the coating with the highest hardness value were investigated by SEM and electrochemical testing. The results indicate that nano-Al2O3 particles distribute in coating, grain of composite coating is further refined and performance of corrosion resistance is obviously improved. Key words：nanocomposite coating; electro-deposition; Ni-Co alloy coating; hardness; corrosion resistance 镍钴合金镀层受热后表层陶瓷化，在较高温度下能形成稳定的高硬度耐磨表面，适用于铜板表面温度较高和缓冷却型结晶器铜板[1-4]。目前这一技术已在美国、澳大利亚、加拿大等国广泛应用，我国鞍钢、宝钢、本钢、邯钢、首钢、莱钢、济钢、凌钢等钢厂也有应用，王红和杨明铎等[5-6]在结晶器上制备了Ni-Co电镀层，此镀层高温下耐磨性和耐蚀性好，其拉坯寿命比镍铁镀层的拉坯寿命增长了20%~100%。宝钢原采用Ni+Cr复合镀层，镀层易腐蚀脱落，后采用镀镍钴合金镀层后使用寿命大幅度提高。但是钴的成本太高，因而镀层的制造成本高。同时其硬度较高且镀层应力大，使镀层抗交变性能较差，从而使镍钴合金的应用受到限制[7-9]。 电沉积[10-13]工艺已应用于制备金属和合金镀层。本文在利用电沉积工艺制备钴镍合金镀层的同时，将Al2O3纳米颗粒引入到Ni-Co合金中，利用弥散分布的纳米Al2O3对位错强化及应变强化效应，提高位错在滑移面的运动阻力，增强晶界的强化作用，从而得到高硬度、高耐磨、抗高温耐腐蚀的Ni-Co-Al2O3纳米复合镀层。探讨了温度、阴极电流密度、镀液中纳米Al2O3浓度及pH等工艺参数对镀层显微硬度的影响，并分析了镀层的微观性能及耐蚀性能。 1 试验 1.1 基材预处理 以80 mm×50 mm×10 mm的镍板为阳极，阴极为25 mm×25 mm×5 mm紫铜板。预处理：打磨─碱洗（50 g/L NaOH，30 g/L Na3PO4，20 g/L Na2CO3，60~70 ℃，20~ 0 min）─水洗─酸洗（10%~15%盐酸，室温）─水洗─活化─水洗─电镀。 1.2 Ni–Co–Al2O3复合电镀工艺 采用WYJ-2直流稳压电源，镀液温度由速度可控的HJ-5恒温磁力搅拌器控制。所用纳米Al2O3的平均粒径为40 nm。镀液组成：NiSO4?6H2O 200~300 g/L、CoSO4?7H2O 4~5 g/L、NiCl2?6H2O 40~50 g/L、H3BO3 20~40 g/L、Al2O3 1.0~2.5 g/L、十二烷基硫酸钠0.04~0.06 g/L。工艺条件：pH 3.8~5.3、电流密度1~5 A/dm2、温度40~80 ℃、电镀时间60 min。 收稿日期：2014-08-20 基金项目：鞍山市百千万科技创新工程项目(2012S05)；鞍山市科技计划项目（2012S08） 作者简介：王一雍（1980-），男，辽宁鞍山人，博士，副教授.

纳米材料与纳米催化

纳米材料与纳米催化 1.什么是纳米材料? 基本构成单元内容? 判断的标准什么? 答：纳米材料(nanometer material)是指其结构单元的尺寸介于1纳米～100纳米范围之间。由于它的尺寸已经接近电子的相干长度，它的性质因为强相干所带来的自组织使得性质发生很大变化。并且，其尺度已接近光的波长，加上其具有大表面的特殊效应，因此其所表现的特性，例如熔点、磁性、光学、导热、导电特性等等，往往不同于该物质在整体状态时所表现的性质。纳米材料是在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围。 纳米材料的基本结构单元分为四类： 零维：三维均为纳米尺度，如纳米颗粒、原子团簇等。 一维：空间两维在纳米尺度，如纳米管、纳米棒等。 二维：空间一维在纳米尺度，如超薄膜、多层膜等。 三维：宏观固体，但由纳米基本单元构成，如纳米固体等。 纳米材料的判断标准： 微粒尺寸和晶粒尺寸是否小于100nm； 是否具有不同于常规材料(bulk)的性能。 2.纳米微粒的基本理论的内容是什么（7条）? 并简要说明量子尺寸 效应、小尺寸效应、表面效应？ 答：纳米微粒的基本理论的内容包括久保理论（电子能级的不连续性）、量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应、宏观量子隧道

效应、库仑堵塞与量子隧穿效应、介电限域效应。 量子尺寸效应： 当粒子尺寸下降到某一值时，金属费米能级附近的电子能级由准连续变为离散能级和纳米半导体微粒能隙变宽现象均称为量子尺寸效应。 小尺寸效应： 当超细微粒的尺寸与光波波长、德布罗意波长以及超导态的相干长度或透射深度等物理特征尺寸相当或更小时，晶体周期性的边界条件将被破坏；同时超细微粒的颗粒表面层附近原子密度减小，导致声、光、电、磁、热、力学等特性呈现新的小尺寸效应。 表面效应： 表面效应又称界面效应，是指纳米微粒的表面原子数与总原子数之比随粒径减小而急剧增大后所引起的性质上的变化。随着纳米微粒的粒径逐渐减小达到纳米尺寸，除了造成表面积迅速增加之外，表面能量也会大幅递增。 3.简要说明纳米微粒的化学特征有哪些？防止团聚的方法。 答：纳米微粒的化学特征有吸附、分散和团聚。 吸附是相接触的不同相之间产生的结合现象。吸附可以分成两类，一是物理吸附，吸附剂与吸附相之间是以范德瓦耳斯力之类较弱的物理力结合；二是化学吸附，吸附剂与吸附相之间是以

纳米载体的限域效应对催化性能影响机制的研究进展

纳米载体的限域效应对催化性能影响机制的研究进展 自上世纪末以来, 纳米科学和技术有了长足的进展，其中纳米材料的一个重要特性是，将体系的尺寸减小到一个特定的范围(如 1~100 nm)时，在不添加任何其他组分的情况下，纳米体系的电子结构会发生变化。量子力学已经证明，大量原子组成的固体材料的价电子为连续的“能带”，当这类体相材料在某一方向上被缩小，特别是缩小到纳米尺度时，电子在该方向的运动就受到空间的束缚和限域，这种限域效应将会改变电子运动特性、导致体系电子结构特别是价电子结构的改变，从而可能会产生量子突变。这种体系尺寸对电子特性的调变为催化剂的催化特性进行调控提供了一种很好的途径[1]。. 近几年，部分研究团队在利用纳米材料的限域效应对催化剂的改性以及催化过程的研究等方面开展了创新性的研究工作，并且大量具有影响力的研究报道和文章被发表出来，其中中国科学院大连化学物理所包信和院士团队在这方面的工作开展的较早也很突出。该团队在铂金属颗粒表面加载了过渡金属氧化物，制备出了具有界面限域效应的TMO/Pt非均相逆催化剂（Oxide-on-Metal Inverse Catalysts），利用界面限域效应对催化体系结构和电子特性的影响作用，改善了在催化过程（特别是在催化氧化反应）中传统非均相催化剂容易出现的催化活性中心的失活以及催化功能的失效等问题[2]。

图1两种金属催化体系的结构示意图 (A)传统的氧化物作为载体的金属催化体系(Oxide supported metal system) 和 (B)过渡金属纳米氧化物倒载型催化体系(oxide-on-metal system) 如图1所示为传统过渡金属氧化物作为载体的催化体系和过渡金属纳米氧化物倒载型催化体系的结构示意图。纳米氧化物倒载型催化体系相比传统非均相催化剂，具有更多的TMO/Pt界面（如示意图B 中氧化物边缘的黄色虚线所示）。由于TMO与Pt的表面张力的不同，倒载型催化体系中氧化物（FeO）趋向于在Pt金属表面形成均有双层结构的层状纳米岛结构（由于Fe与Pt具有较强的作用力，双层结构底层与Pt金属结合的为Fe原子，上层为氧原子），而传统催化体系中的Pt金属易于在氧化物颗粒形成较大的颗粒状结构，如下图2所示。基于上述的界面结构特点，倒载型催化体系具有更多的TMO/Pt 界面，并且过渡金属中阳离子(Fe)与贵金属(Pt)间的相互作用力更强。 图2 两种催化体系的界面结构示意图 （A、B为传统的氧化物作为载体的金属催化体系， C、D为过渡金属纳米氧化物倒载型催化体系）