国外纳米材料在化工应用中的研究进展

国外纳米材料在化工应用中的研究进展作者：纪世雄，曲唯贤，杨晓宏，陈龙，JiShixiong，QuWeixian，YangXiaohong，ChenLong作者单位：纪世雄,陈龙,JiShixiong,ChenLong(兰州石化公司研究院,兰州,730060)，曲唯贤,QuWeixian(兰州石化三叶公司,兰州,730060)，杨晓宏,YangXiaohong(海科集团,东营,257000)刊名：化工新型材料英文刊名：NEWCHEMICALMATERIALS年，卷(期)：2010，38(4)被引用次数：0次参考文献(5条)1.朱曾惠查看详情2006(7)2.钱伯章纳米技术在石化领域的应用及市场导向(续)[期刊论文]-纳米科技2008(2)3.查看详情4.查看详情5.朱相丽国外纳米材料在能源领域的研究现状[期刊论文]-新材料产业2006(12)相似文献(10条)1.学位论文黄加乐银纳米材料和金纳米材料的植物生物质还原制备及应用初探2009贵金属纳米材料因其具有独特的催化和光学性能而得到广泛重视，其制备与应用已成为当今纳米技术领域中的一个研究热点。相对于传统的物理法和化学法，近年来出现的基于微生物或植物的生物还原法，具有成本低、绿色环保、纳米材料稳定性高等优点，成为贵金属纳米材料具有发展前景的新颖制备方法。在原材料方面，相比微生物繁琐的筛选与培养过程，植物及其提取液的获得和使用更加简便，得到了一定的关注。然而，目前有关植物及其提取液制备贵金属纳米材料的研究更多地集中在简单的条件实验和纳米材料的表征等，很多重要的基础问题还远未搞清楚，例如：贵金属纳米材料形貌和颗粒粒度的控制仍较为有限，植物及其提取液的工艺路线和还原反应器，以及还原工艺条件的优化均未见报道。这些基础问题的解决对于建立一种贵金属纳米材料形貌和粒度调控的新方法，以及建立实际可行的植物生物还原制备工艺过程与关键技术具有极为重要的意义。基于以上研究现状，本工作旨在利用植物干粉及其提取液来还原Ag+或[AuCl4]-获得相应的银和会纳米材料。通过对植物干粉的筛选，以及植物还原过程的工艺路线的优化和还原反应器的设计，建立了一套可调控银和金纳米材料的形貌及颗粒粒度的新方法，并初步探索了银纳米颗粒的抗菌应用和金纳米颗粒的催化应用。首先，本工作利用了芳樟叶干粉还原制备了银纳米颗粒和金纳米颗粒，并在芳樟叶提取液还原体系中引入纳米晶种，以调控纳米颗粒的形貌和粒度。通过改变芳樟叶干粉的用量，可以调控获得粒度在55-80nm之间的近球形银纳米颗粒、边长在25-150nm和厚度约为7nm的三角金纳米片以及粒度在10-35nm之间的近球形金纳米颗粒。在芳樟叶提取液还原Ag+体系中引入适量的银纳米晶种，促进了银纳米颗粒各向异性生长，而在芳樟叶提取液还原[AuCl4]-体系中引入适量的金纳米晶种，反应快速产生的金原子在金晶种上的快速累积，促进了金纳米颗粒各向同性生长。芳樟叶干粉的初步成分分析和红外光谱分析结果表明，多糖、还原糖、黄酮等多羟基化合物的羟基对Ag+和[AuCl4]-起还原作用。其次，本工作采用来源广泛而极易获得的中草药植物干粉，在30℃的条件下对银纳米颗粒和金纳米颗粒的形貌进行可控制备，并研究植物干粉还原制备银纳米颗粒和金纳米颗粒过程的共性规律。利用红花、菊花、淫羊藿、夏枯草、金钱草等五种植物干粉可用于制备近球形银纳米颗粒；栀子和金银花可用于制备单晶银纳米线，银纳米线的平均直径约为45nm，长度可达10μm以上，银纳米线是由近球形银纳米颗粒串接并沿[110]方向生长的。金银花和厚朴花可用于制备银纳米片，银纳米片是由粒度较小的近球形银纳米颗粒逐渐转化而来的，纳米片重叠生长，易于形成树枝状银晶体。基于植物干粉红外光谱计算所得的各向异性生长指数(S)可作为植物干粉筛选的参考依据之一，S1.0的植物干粉可促进银纳米材料各向异性生长，而S1.0的植物干粉可促进银纳米材料的各向同性生长。植物干粉在还原制备金纳米颗粒方面是普遍适用的，利用不同的植物干粉来还原HAuCl4，可获得不同粒度分布的球形金纳米颗粒和三角金纳米片，研究还发现雏形的“纳米片”是由许多10nm以下的近球形金纳米颗粒团聚形成的。再次，研究了植物提取液还原连续制备银纳米颗粒工艺，并考察了主要工艺参数对纳米颗粒形貌和粒度的影响规律。管式微反应器适宜的加热温度为90℃，在该温度下，可以将银晶核的形成过程与银纳米颗粒的生长过程分开，不存在二次成核，因此能够获得粒度分布较窄的银纳米颗粒；原料液经过预热处理有利于获得粒度分布较窄的银纳米颗粒。三通的适宜夹角为60°或90°。获得粒度分布较窄的银纳米颗粒的适宜进料体积流率为0.5mL·min-1或0.8mL·min-1；在相同的进料体积流率下，反应管内径越小，流体温度越均匀，银晶核成核速度越快，所得的银纳米颗粒粒度分布也越窄，反应管的适宜内径为2mm或3mm。最后，通过液体培养基法和固体培养基法评价了银纳米颗粒对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抗菌性能；采用了侧柏叶提取液还原制备了Au/TiO2催化剂，并以4-肖基酚(4-NP)向4-氨基酚(4-AP)的催化转化反应作为模型反应，对所得的Au/TiO2催化剂进行催化性能评价。采用侧柏叶提取液快速制备的银纳米颗粒对大肠杆菌的最小抑菌浓度(MIC)和最小杀菌浓度(MBC)分别为1.4ppm和27ppm，而银纳米颗粒对金黄色葡萄球菌的MIC为5.4ppm。侧柏叶干粉所制得的金纳米颗粒较稳定，且对4-NP的催化转化反应有较好的催化活性。利用侧柏叶提取液制备的Au/TiO2催化剂对4-NP的催化转化反应有较好的催化活性；在30℃下制备的Au/TiO2催化剂的催化性能优于60℃和90℃下制备的催化剂；经过300℃焙烧处理之后的Au/TiO2催化剂的催化性能较未焙烧的催化剂好。2.期刊论文吕仁江.吴红英.胡中爱纳米材料催化剂的制备及应用-石化技术与应用2003,21(6)综述了纳米材料的种类、性能和制备技术;介绍了纳米材料用作催化剂或载体的优异性能以及各种纳米材料催化剂应用的研究概况.3.学位论文陶新永新型一维碳纳米材料的热CVD法合成及性能研究2007纳米碳管(CNTs)由于其独特的物理化学性质,其应用涉及到了纳米制造、电子材料和器件、生物医学、化学、物理、复合材料、储能材料、电子源等众多领域.CNTs合成方法已有数十种,热CVD法以其高效和低成本而备受关注.催化剂是热CVD法合成CNTS的关键因素.近年来热CVD法制备CNTs技术有了较大的发展,但仍然存在一些问题,例如常规催化剂的催化效率不高,CNTS的产率较低,因此需要开发一些高效率的催化剂.此外,除了传统的Fe、Co、Ni催化剂外,是否可以开发出新型催化剂以便合成结构不同于常规纳米碳材料的新型碳材料,目前国内外有关此方面的研究较少.本论文的工作中,我们制备出了Fe、Co、Ni掺杂的MgM004催化剂,Li、Na、K氧化物掺杂的Cu/MgO催化剂和纳米Sn02催化剂共三大类催化剂,利用这三类催化剂以热CVD法合成出了一系列以CNTs为主的新型碳纳米材料,并研究了它们的催化机理.基于所合成的各种碳纳米材料的结构特点,研究了其性能特征及功能化应用.利用溶胶凝胶燃烧法合成了活性组分含量可调的MgMoO,4催化剂,首次发现单相MgMoO,4催化剂可合成高产率多壁纳米碳管(MWNTs)束.在对MgMoO,4催化剂进行适当的Fe、Co、Ni掺杂后发现可以进一步提高催化剂的催化性能.利用掺杂后的MgMoO,4催化剂高温裂解甲烷气体,以氢气作为载气,反应1小时后,制备的MWNTs粗产物质量可超过原始催化剂的50倍;通过简单放大,1克催化剂的单炉产量在半小时内可超过40克,催化效率远超过现有的常规催化剂.利用透射电镜(TEM)分析MWNTs的生长机理,发现MWNTs束的形成中以底部生长机制为主,同时兼有顶部生长.我们还发现反应时间、碳源气氛、载气气氛对产物的形貌和结构均有影响.利用Co掺杂的MgMoO,4催化剂,以甲烷、氢气、氨气分别作为碳源气体、载气、掺杂气体,合成出了产率同样较高的氮掺杂MWNTs.氨气的引入影响了MwNTs的生长机制,因此不再以束状存在.此催化剂的催化效率仍然较高,反应1小时合成的产物质量超过原始催化剂的30倍.结果显示可以通过调节氨气流量使CNTs的氮含量控制在0.6at.﹪到3.2at.﹪之间.X射线光电子能谱(XPS)证明在氮掺杂MWNTs中有三种结构的氮原子,且以石墨结构氮为主.氮掺杂使CNTs中的缺陷和无序碳增加.首次利用碱金属(锂、钠或钾)氧化物掺杂的铜催化剂,以乙炔为碳源,氨气为氮源合成出了一系列新型碳纳米材料,包括纳米铜锥填充的纳米碳角、头部填充有纳米铜锥的CNTs、一端为纳米铜锥另一端为分叉纤维的CNTs、具有多孔分叉结构的纳米碳纤维、多分叉CNTs.碱金属氧化物掺杂含量和反应温度可调控产物的形貌,制备形态不同的碳纳米材料.碱金属掺杂在催化过程中起到了重要作用.我们认为碱金属氧化物的掺杂引起了铜电子结构的变化,从而改变了铜的催化性能.基于分叉纳米碳纤维的多孔结构,将其应用于双电层电容器中,结果证明此纤维是一种优异的电化学储能材料.基于头部填充有纳米铜锥的CNTs的独特结构,我们将其应用到了纳米焊接技术中,发现可以通过控制外电压来实现铜纳米锥的可控熔化和输运.利用铜的熔化和输运特性,我们成功实现了CNTs的自焊接.以纳米SnO,2为催化剂高温裂解乙炔气体制备出了单晶锡纳米线填充的CNTs(β-Sn/CNTs),即碳包覆锡纳米线.我们发现催化剂的活性组分为SnO,2而不是SnO或者金属Sn.反应温度对产物的形貌和微结构有明显的影响.将此类纳米碳管包覆的锡纳米线应用于锂离子电池负极中,发现此类新材料的电化学性能要优于纯金属锡电极.TEM观察发现单晶锡在电子束辐照下能够熔化,且熔化后的锡线能够随着电子束密度的变化而伸缩,我们对其熔化和伸缩机理进行了探讨.4.学位论文郑遗凡XRD微结构分析在氨合成熔铁催化剂和纳米材料中的应用研究2007氨合成催化剂及其催化过程在理论研究和工业领域都有特殊重要的地位。虽然经典熔铁催化剂的研究已相当系统和深入，但对我国独创的高活性Fe,1-xO基氨合成催化剂研究还处于起步阶段。以刘化章教授为代表的Fe,1-xO基氨合成催化剂的发明者研究了其宏观结构与催化性能的关联。但是，氨合成催化剂前驱体由Fe,3O,4改变为Fe,1-xO，还原后的活性相都是α-Fe，活性却有很大的差异，应用XRD微观结构分析，尤其是XRD原位动态的微结构及物相演变分析来研究活性差异产生的原因。这方面的研究工作国内外还未见报道。开展上述研究工作对于完善Fe,1-xO基催化剂理论及指导实际应用都具有非常重要的意义。本论文主要采用XRD的微结构分析方法，结合SEM、EDS、TEM等综合表征手段研究前驱体和活性相的微结构、助剂分布特点及其对还原过程的影响；研究不同催化剂活性相的晶面及活性位发育特点，以及活性相的晶格缺陷及微观应力差异等。选择具有代表性的Fe,3O,4基和Fe,1-x.O基催化剂A110、ICl74-1、A301和ZA-5，在与氨合成还原条件相同的条件下开展原位XRD实验，采用Rietveld全谱拟合结构分析、Warren-Averbach微观尺寸和微观应力分析处理原位XRD实验数据，得到各催化剂活性相的晶体形貌、晶粒度和微观应力的演变，建立各催化剂活性相α-Fe微结构演化和晶面生长过程的动态演化模型，分析微结构和活性位发育差异等本征因素，并与对应催化活性进行关联，探索Fe,1-x.O基氨合成催化剂高活性的机理。通过上述研究发现，Fe,1-x.O基比传统Fe,3O,4基催化剂具有更快的还原速度，更低的还原温度，是一种极易还原的新型催化剂；助剂可为催化剂前驱体提供更多的孔隙通道，在Fe,1-x.O基催化剂中助剂以无定形精细“膜状”较均匀分布于前驱体颗粒表面及颗粒之间，有利于孔隙结构的发育，促进催化