表面效应概论

表面效应概论表面效应概念：球形颗粒的表面积与直径的平方成正比，其体积与直径的立方成正比，故其比表面积（表面积/体积）与直径成反比。随着颗粒直径的变小，比表面积将会显著地增加，颗粒表面原子数相对增多，从而使这些表面原子具有很高的活性且极不稳定，致使颗粒表现出不一样的特性，这就是表面效应。概述对直径大于0.1微米的颗粒表面效应可忽略不计，当尺寸小于0.1微米时，其表面原子百分数激剧增长，甚至1克超微颗粒表面积的总和可高达100平方米，这时的表面效应将不容忽略超微颗粒的表面与大块物体的表面是十分不同的，若用高倍率电子显微镜对金属超微颗粒（直径为2*10^-3微米）进行电视摄像，实时观察发现这些颗粒没有固定的形态，随着时间的变化会自动形成各种形状（如立方八面体，十面体，二十面体多李晶等），它既不同于一般固体，又不同于液体，是一种准固体。在电子显微镜的电子束照射下，表面原子仿佛进入了“沸腾”状态，尺寸大于10纳米后才看不到这种颗粒结构的不稳定性，这时微颗粒具有稳定的结构状态。超微颗粒的表面具有很高的活性，在空气中金属颗粒会迅速氧化而燃烧。利用表面活性，金属超微颗粒可望成为新一代的高效催化剂和贮气材料。纳米粒子表面原子与总原子数之比会碎纳米粒子粒径的减小而急剧增大，从而引起物理化学性质上的变化。这种效应会使纳米粒子的比表面积、表面能及表面结合能都迅速增大，使表面具有很高的活性，而这种活性会引起纳米粒子表面运输和原子构型的变化，也会引起表面电子自旋构象和电子能谱的变化，对纳米粒子的光学。光化学、电学及非线性光学性质等具有重要影响。应用：（一）催化领域随着纳米微粒粒径减小，比表面积增大，表面原子数赠多及表面原子配位不饱和性导致大量的悬键与不饱和键等，使得纳米微粒具有高的表面活性，并且粒径越小，表面原子数所占比率越大;比表面积越大，表面光滑程度变差，形成凹凸不平的原子台阶，增加了化学反应的接触面，使其具有良好的催化性能。如当粒径为100nm时，所含原子总数为3*10^6个，表面原子所占比例为百分之二，当粒径为10nm时，所含原子总数为3万个，表面原子所占比例为五分之一，当粒径为1nm时，所含原子总数为30个，表面原子所占比例达到了百分之百。又如粒径为10nm时比表面积为90m2/g，而当粒径为2nm时，比表面积达到了450m2/g。并且，由于纳米催化剂的活性点多，分散性好，使得它不会因反应体系的局部过热而失去活性。（二）介孔材料介孔材料由于其有孔洞而且皆有相对较高的比表面积、较大的孔面积等特性，因而可以作为吸附剂、催化剂或催化剂载体以及在分离中得到应用。介孔材料的孔径一般在2到50nm之间，即介于大孔材料与微孔材料之间，且具有较好的热稳定性，有利于其进一步在催化、吸附及分离中的应用。