催化化学论文

1、催化化学论文论文（设计） 论文（综述）题目：纳米催化剂及其应用学 院：化学与化工学院 专 业：应用化学 班 级：应化111 学 号：1108110258 学生姓名：戎朝富 2014年 6 月 4日第 I 页 催化化学论文（设计）目录摘要IAbstractII第一章：前言1第二章 ：纳米催化剂的特性及其制备12.1纳米催化剂的特性12.1.1表面活性12.1.2体积效应12.1.3量子尺寸效应22.2纳米催化剂的制备22.2.1离子交换法22.2.2微乳液法22.2.3浸渍法22.2.4微波合成法2第三章：纳米催化剂的应用33.1纳米催化剂在化学电源中的应用33.2纳米催化剂在环境保护领域的应用

2、33.2.1汽车尾气处理33.2.2光催化空气净化43.3纳米催化剂在化学反应中的应用4第四章 ：展望4参考文献5致谢 6纳米催化剂及其应用摘要纳米催化刹作为新一代高效环保催化剂，在环保领城有着广阔的应用前景，本文概述了纳米催化剂的特性与其制备方法，介绍了目前其环境保护和环境治理方面及在化学电源等方面的应用。最后还对纳米催化剂的使用存在的问题进行了分析和展望。关键词：纳米催化剂，特性，制备，应用。AbstractAs a new generation of highly efficient brake nanocatalysis environmental catalysts, en

3、vironmental collar city has broad application prospects, the husband overview of the characteristics of nano-catalysts and their preparation methods, describes the current environmental protection and its application in environmental governance and other aspects of chemical power . Finally, the use

4、of nano-catalysts were analyzed the problems and prospects.Keywords: nano-catalysts, characteristics, preparation, application. 第 5 页催化化学论文（设计）第一章：前言催化剂又称触媒，是指能改变化学反应速率，而本身的质量、组成和化学性质在参加化学反应前后保持不变的物质。催化剂分为和正催化剂逆催化剂，正催化剂有助于反应向正方向移动，逆催化剂有助于反应向逆方向移动。催化剂的作用是降低该反应发生所需要的活化能，加快反应速率，本质上是把一个比较难发生的反应变成了两个很容易发

5、生的化学反应。因此催化剂被广泛应用与石油化工、制药工程、环保等行业。催化剂技术的发展是推动工业发展的有效途径之一。新型催化剂的问世，往往会引发巨大经济效益的工业变革。纳米微粒由于尺寸小、比表面大,具有很高的催化活性。纳米催化材料因其表面能高、晶内扩散通道短、表面催化活性位多、反应条件温和、催化性能优异等优点,在治理有害废水和治理大气污染等环境问题方面显示出十分诱人的研究开发和应用前景。因此，开发和利用纳米催化剂具有良好的现实意义和经济效益。第2章 ：纳米催化剂的特性及其制备纳米微粒会产生一系列特殊的结构效应，如小尺寸效应、表面(界面)效应和量子尺寸效应，这些性质使得采用纳米材料制备的催化剂比常

6、规催化剂的催化率和选择性更高。2.1纳米催化剂的特性2.1.1表面活性纳米催化剂微粒尺寸小，位于表面的原子占据的体积分数很大，因此具有相当大的表面能，随着纳米微粒尺寸的减小，比表面积增大，表面原子数增多。由于表面原子数的增多，纳米微粒表面原子配位数不足，存在大量的悬空键,具有不饱和性,导致表面有大量的孪晶、位错、层错等缺陷存在,使其具有很高的活性,很容易吸附其它原子而发生化学反应,以致纳米粒子具有高表面能、高表面结合能以及很高的化学活性1。2.1.2体积效应当纳米颗粒的尺寸与传导电子的德布罗意波长相当或比其更小时,晶态材料周期性的边界条件被破坏,非晶态纳米颗粒的表面附近原子密度减小,使得其在光

7、、电、声、力、热、磁、内压、化学活性和催化活性等方面都较普通颗粒相发生很大变化,如纳米级胶态金属的催化速率就比常规金属的催化速率提高了100倍。 2.1.3量子尺寸效应当纳米颗粒尺寸下降到一定值时,费米能级附近的电子能级将由准连续态分裂为分立能级,此时处于分立能级中的电子的波动性可使纳米颗粒具有较突出的光学非线性、特异催化活性等性质。量子尺寸效应可直接影响到纳米材料吸收光谱的边界蓝移,同时有明显的禁带变宽现象；这些都使得电子、空穴对具有更高的氧化电位,从而可以有效地增强纳米半导体催化剂的光催化效率2。2.2纳米催化剂的制备制备纳米催化剂的方法有很多，主要有化学法和物理处理法。但考虑其表面光洁度

8、粒子形状、粒径及粒度分布可控、粒子不易团聚等因素，制备方法主要有以下几种。2.2.1离子交换法首先，对沸石、SiO2等载体表面进行处理,使H+、Na+等活性较强的阳离子附着在载体表面上，然后将此载体放入含Pt(NH3)5Cl2+等贵金属阳离子基团的溶液中，通过置换反应使贵金属离子占据活性阳离子原来的位置，在载体表面形成贵金属纳米微粒。2.2.2微乳液法微乳液是指两种或两种以上互不相溶液体形成的热力学稳定、各向同性的、透明或半透明的分散体系。微乳液法制备纳米催化剂，首先需要配制热力学稳定的微乳液体系,然后将反应物溶于微乳液中，使其在水核内进行化学反应，反应产物在水核中成核、生长，去除表面活性剂，

9、将得到的固体粗产物在一定温度下干燥、焙 烧，即可得到所需产品3。 2.2.3浸渍法 将载体置于含活性组分的溶液中浸泡达到平衡后将剩余液体除去(或将溶液全部浸入固体),再经干燥,煅烧,活化等步骤得到所需产品。 2.2.4微波合成法 微博是波长从1mm-1m，频率从300MHz-300GHz的介于无线电波和红外线的电磁波。在微波辐射作用下,金属盐或醇盐溶液能直接分解,生成超细金属氧化物或硫化物粉体，该方法操作简便，产物粒径分布窄、形态均一，具有其它方法不可比拟的优越性。因此 近年来，利用微波技术合成纳米材料受到了人们的关注。据汪萍等3报道，微波在合成纳米金属氧化物、纳米金属化合物、合成半导体等方面

10、有着优越的作用。第三章：纳米催化剂的应用3.1纳米催化剂在化学电源中的应用随着对便携式电子产品电能需求不断增加。要求降低供电元器件的重量和尺寸，由此而开辟广纳米粒子的新市场。  Altar公司最近宣布该公司高级固体氧化物燃料电池系列示范试验获得成功，包括联结器、电解质、阴极和阳极等都是由微米和纳米级材料构成。而且，还开发了纳米锂基电池电极材料，其充电和发电率都比当前所用锂离子电池材料快l倍4。甲醇基燃料电池，在2004年前后应用于便携式电子设备。在这类电池中，所用催化剂是处在淤浆状态的铂纳米粒子。针对电池应用，Beaverbrook国家试验室已制成锂-锡纳米晶体合金，用作高性能电极。

11、用氢化锂与氧化锡反应，前者需过量使反应完全。生产的锂锡合金中含有剩余氧化铿。重复用氢处理最后生成粒径为2030nm纳米复合材料，形成稳定金属氢化物的其它元素也可用此法制造纳米复合材料，未来的应用不仅在电池领域，还可以用在催化方面。  纳米管和纳米角(ramshorn)也在进行研究，主要是探索其在燃料电池中应用，用于储存氢和烃类。根据美国能源部计划，氢基燃料电池要在车辆上实际使用，氢含量(重量比)应达到6.5，而目前只达到1.5。预测到20052015年，氢基燃料电池可能在车辆上获得广泛应用。 3.2纳米催化剂在环境保护领域的应用3.2.1汽车尾气处理COX和NO气体是汽车尾

12、气排放物中的主要污染成分。负载Cs Pt-Al2O3-CeO2有效地解决了催化剂使用温度范围与汽车尾气温度范围不匹配的问题，催化CO转化率可高达83%。在存在氧气条件下，Pd-Rhonchus在CO氧化过程中表现出很高的活性，而在无氧状态下，Pt-Rhonchus活性更高；对于NO还原反应，无论氧气存在与否，Pt-Rhonchus都表现出较高的催化活性。此外，沉积在过渡金属氧化物Fe2O3上的纳米Au微粒对于室温下CO的氧化也具有很高的催化活性。 3.2.2光催化空气净化光催化空气净化传统的空气净化技术大中的有毒污染物，但污染物本身的处理仍然是一个问题。而以锐钛矿型纳米TiO2催化剂为代表的光

13、催化空气净化技术具有室温深度氧化、二次污染小、运行成本低和可望利用太阳光为反应光源等优点，再加上纳米TiO2制备成本低、化学稳定性和抗磨损性能良好等优点，在空气尤其是在室内空气的深度净化方面显示出了巨大的应用潜能。 3.3纳米催化剂在化学反应中的应用 化学工业及其相关工业，特别是一些化学反应起着关键性作用的产业盛行用纳米技术来改进催化剂性能。纳米多孔材料中的沸石在原油炼制中的应用已有很长历史，纳米多孔结构新型催化剂的发展，为许多化学合成工艺的创新提供了机会，或者使化学反应能在较温和条件下进行，大幅度地降低工艺成本。例如用此类催化剂可以将甲烷有效地转化为液体燃料，作为柴油代用品，而现用的方法比较

14、昂贵。  纳米粒子催化剂的优异性能取决于它的容积比表面率很高，同时，负载催化剂的基质对催化效率也有很大的影响，如果也由具有纳米结构材料组成，就可以进一步提高催化剂的效率。如将Si02纳米粒子作催化剂的基质，可以提高催化剂性能10倍5。在某些情况下，用Si02纳米粒子作催化剂载体会因SiO2材料本身的脆性而受影响。为了解决此问题，可以将SiO2纳米粒子通过聚合而形成交联，将交联的纳米粒子用作催化剂载体。第4章 ：展望纳米催化剂的发展现状纳米催化剂的研究虽然取得了一些成果，但是纳米催化剂的制备和应用尚属刚刚起步，仍然存在许多问题，需要进一步解决。现有的制备技术还不够成熟,已取得

15、的成果还停留在实验室和小规模生产阶段,对生产规模扩大时涉及到的工程技术问题认识不够。纳米催化剂的性能稳定控制技术尚未掌握,粉末在空气中极易被氧化,吸湿和团聚,性能很不稳定,给纳米催化剂的工业化应用带来了障碍, 并且降低了其使用性能。能够工业化生产纳米催化剂的设备有待进一步研究和改进,以提高产量并降低粉末的成本。实施绿色化学,倡导绿色合成,纳米催化剂的应用研究显得特别重要。参考文献1洪伟良，刘剑洪，田德余等.纳米催化剂的特性及其在固体推进剂中的应用J.飞航导弹,2000(4):4344.2谢克难，游贤贵.纳米材料及其制备与利用J.四川有色金属，1994,2:910.3汪萍，李婷.微波法在纳米材料制备中的应用J.科技文汇.2008:274.3李竟先,李涛.微乳液法制备纳米颗粒及其在陶瓷材料中的应用J.硅酸盐学,2002(30):145147.4苏碧桃，等功能高分子纳米材料的制备及其催化性能J物理化学学报，2007，23(6)708-710.5钱伯章纳米材料在石油化工中的应用进展J化工新型材料，2004，32(4)：25286苏碧桃，等功能高分子纳米材料的制备及其催化性能J物理化学学报，2007，23(6)708-710.致谢  首先，非常感谢袁