纳米化学考研复习笔记(4)
本站小编 免费考研网/2016-08-07
微乳液分类:分为油包水型(W/O)、水包油型(O/W)和双连续型三种;水包油型又称为正相微乳液,油包水型为反相微乳液;通常用于制备纳米颗粒的是W/O型微乳液。
微乳液法:是指利用微乳液中无数微小孔乳液滴(几~几十纳米)作为微小反应器制备纳米粒子的方法。
制备方法:
(1)将两种反应物分别溶于组成相同的两份微乳液中,然后适当混合,反应物通过物质交换而发生反应,生成纳米粒子,通过超速离心或破乳等方法,将纳米颗粒分离出来,洗涤、干燥后即可。
(2)在含有金属盐的微乳液中加入还原剂(胺或氢气)生成纳米金属颗粒。
(3)一种反应物增溶在微乳液中,然后将另一种气体反应物通入液体,反应生生氧化物、氢氧化物或碳酸盐沉淀。
优缺点:优点是分散性好、无团聚、粒径可控,粒径分布窄;缺点是成本高、表面活性剂难以完全除去。
实例:制备非整数比的纳米CeO2-x(0<x<2)粉体。将一定量的十六烷基三甲基溴化铵(表面活性剂)溶入200ml环己烷(油)和8ml丁醇(助表面活性剂)中,搅拌20min至透明,分成两份,然后分别加入一定配比的Ce(NO3)溶液和氨水,并剧烈搅拌形成2种微乳液,然后将这两种溶液混合,则形成纳米CeO2-x微乳液体系,该体系经旋转蒸发和煅烧后得到纳米CeO2-x微粉;当煅烧温度为623K时,产物为球状颗粒,粒径65nm,有明显团聚当煅烧温度为873K时,产物为立方相颗粒,粒径6~8nm,分散均匀,无团聚。
6.热分解法
热分解法:指利用固体材料的快速热分解制备纳米颗粒的方法。分解的产物为①固+气,②固+液③固1+固2(能分离开来)
固体原料:通常作热分解的原料有氢氧化物、碳酸盐、草酸盐、硝酸盐、硫酸盐、有机盐等。
优缺点:设备简单、过程可控;但仅限于制氧化物粉体,大多情况下颗粒偏大和团聚较重。为了克服这些缺点,常常先制备成以上纳米前躯体,然后再通过热解或烧结得到纳米氧化物。
实例:碳酸镁热分解制备纳米氧化镁;硝酸铁<200℃热分解可制成10nm的Fe2O3;碳酸锆热分解可制出100nm纳米ZrO2;Al(NH4)2(SO4)4•24H2O分段热分解可出高纯度的纳米α—Al2O3
7.化学还原法
化学还原法:指利用还原反应制备纳米颗粒的方法,又分为溶液还原和高温还原两种方法。
溶液还原法:利用还原剂将金属盐溶液还原成纳米金属或非晶态合金方法;为了防团聚,需加入高分子保护剂PVP(聚乙烯吡咯烷酮)。优点:分散性好,基本呈球形,过程可控。
实例1:用KBH4作为还原剂,利用水溶液还原可制得纳米非晶态合金Fe—Co—B、Fe—B、Ni—P等。
实例2:利用多元醇还原可制得纳米金属颗粒,先将金属盐溶于或悬浮于乙二醇或一缩二乙二醇中,加热到醇的沸点时,还原生成纳米金属粒子Cu、Ni、Co、Ag、Pd等。
高温还原法:用C或CO高温还原制备纳米粉体的方法。
实例1:SiO2+3C→SiC+2CO(2473K)
实例2:Al2O3+3C+N2→2AlN+3CO(高温)
8.喷雾法
喷雾法:是将溶液首先雾化,再经过物理、化学方法转变为纳米颗粒的方法:一般分为下面三种。
喷雾干燥法:见前面物理制备方法3。
喷雾热解法:是指物化后的微小液滴受热分解生成纳米颗粒的方法。热解方法常用等离子体产生的高温热解。粒径取决于雾化液滴大小和溶液浓度,一般为几十纳米。实例用水和甲醇混合溶剂,将Mg(NO3)2—Al(NO3)3溶液喷雾热解(800℃)得几十纳米的铝镁尖晶石MgAl2O4。
喷雾水解法:利用醇盐气溶胶化,与水蒸气接触水解生成纳米颗粒的方法。实例:将铝醇盐雾化,冷却形成气溶胶,然后与水蒸汽发生水解生成纳米Al(OH)3,焙烧得纳米Al2O3。
9.电解法
电解法:是通过溶液(水溶液或非水溶液)电解或熔融盐电解制备纳米颗粒或纳米膜的方法。
原理:通过电解还原,将高阶的金属离子或化合物在阴极还原为纳米粒子、合金或氧化物的方法。为了制备较细的纳米颗粒,一般采用脉冲电流并加入分散保护剂(如糖精钠)。最后,将沉积在阴极的纳米颗粒刮下来,水洗和干燥即可;或者直接制成纳米块状材料。
优点:可制备电位较负的金属纳米颗粒,且过程可控,适合制备电催化的电极材料,
实例:以硫酸镍水溶液作为电解液,用糖精钠作为分散剂,采用脉冲电源点解,在阴极可得几十纳米的镍纳米颗粒。
10.模板合成法
模板合成法:是利用多孔材料结构中的空隙作为模板合成纳米颗粒的方法。
模板材料:有多孔玻璃、分子筛、大孔离子交换树脂等,有的还利用冠醚、杯芳烃等具有孔腔结构的大分子作为模板,除此之外,还可人工制备高分子模板,例如利用特定结构的大分子或其他材料作为基料。在其上面交联上一层高分子,然后通过酸、碱或溶剂将基料溶掉,就制成具有特定结构的高分子模板,在模板中生成纳米颗粒后,通过烧结即可将去除高分子。
优缺点:粒径形状和大小可控,粒径基本一致,分散性好,无团聚,非常适合于在分子筛微孔中沉积纳米催化剂;但工艺复杂、成本高、效率低。
实例:将Na—Y型分子筛与Cd(NO3)2溶液混合,离子交换后生成Cd—Y型分子筛,干燥后与H2S气体反应,在分子筛八面体沸石笼中生成CdS纳米粒子。
11.气相化学沉积法
气相化学沉积法:是利用激光或等离子体将反应物(固、液、气)气化,在气相中发生化学反应生成产物分子(或原子、分子),然后成核长大生成纳米颗粒或纳米薄膜的方法。
分类:气相分解法(气1→固+气2)、气相合成法(气1+气2→固+气3)、气固反应法(固1+气1→固2+气2)
优缺点:粒子均匀、纯度高,粒度小,分散性好,形状大小一致,化学活性高,无团聚;但设备昂贵,成本高。
实例:CH3SiCl3(g)→SiC(s)+3HCl(g)
TiCl4+O2→TiO2(s)+2Cl2(g)
Fe(s)+NH3(g)→γ’—Fe4N(s)H2(g)
12.其他方法
辐照法:在前面方法的基础上,再附加微波、紫外光、γ射线或电子辐照合成纳米颗粒的方法
超临界流体干燥法:将溶质溶于超临界流体(温度及压力均处于临界点以上的液体)、然后经过喷嘴快速减压膨胀,溶质瞬间成核成长形成纳米粒子。
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