多孔金属氧化物纳米材料的制备及其在气敏与催化方面的应用研究

发布时间：2020-12-24 17:00

　　当今世界,人类的生产生活水平在不断提高,但随之带来的环境污染也越来越严重,其中大气污染首当其冲。化石燃料的燃烧,汽车尾气的排放及建筑装修中所使用的有机试剂的挥发,都会产生有毒、有害的污染性气体,将其排放到大气中会威胁着人类的身体健康。因而,找到能高效环保的检测和处理这些气体的材料是刻不容缓的。近年来,纳米材料的迅速发展已经明显改善了大气污染的问题。纳米材料由于其特殊的物理化学特性及纳米尺度的特殊结构,具有大的比表面积、规则的孔道结构及活性位点多等优点,无论是作为催化材料、传感材料,还是生物医学材料等都应用广泛。其中,尖晶石型纳米材料作为气敏材料在检测挥发性有机物方面,具有检测限低、灵敏度高和选择性好等优点,而成为当前的研究热点。微孔纳米材料在尾气处理氮氧化合物方面,不仅克服了钒基催化剂有毒、温度窗口窄等缺点,而且具有活性高、水热稳定性好及选择性高等优点,而被广泛关注。但如何利用更加简单环保、绿色高效和廉价温和的手段来合成新型结构的纳米材料成为了目前的研究热点。针对目前纳米材料合成过程繁琐,不能应用到实际的生产生活中。本文主要采用简单温和、绿色环保的一步水热合成法,制备了尖晶石型NiCo... 

【文章来源】：山东师范大学山东省

【文章页数】：74 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

按照维度的纳米材料的分类[7]

山东师范大学硕士学位论文3效应、表面与界面效应、宏观隧道效应、量子尺寸效应和介电限域效应等。图1-2纳米材料的物理特性小尺寸效应，是指纳米颗粒的尺寸极小而引发的光、声、电、磁等物理性质的改变[13]。如，因为纳米材料的尺寸变小，所以光吸收增强、熔点下降、比表面积增大、具有延展性和坚韧性。由于这种特殊的效应为纳米材料的应用研究开辟了新的方向。表面与界面效应，是指纳米颗粒表面的原子数与总原子数的比值随着颗粒尺寸的减小而增大表现出的性质变化。颗粒尺寸的减小，导致表面原子数增多，产生很多的活性位点。利用表面效应[14]，使纳米材料在催化、气敏及吸附方面都有很好的应用前景。也为研究者在探究如何改善纳米材料的利用率提供很大的参考价值。宏观隧道效应，是指纳米颗粒的能量低于能垒高度时，有贯穿势垒的能力[15]。纳米微粒的磁化强度、磁通量等宏观量可以穿越宏观的系统，然后发生改变，具有隧道效应[16]。纳米颗粒在低温下也能具有很高的超顺磁性，对纳米科技的应用研究有重大意义。量子尺寸效应，是指当纳米粒子的尺寸降低到光波波长或相干波长的特定尺寸时，会产生不连续态的能级占据不同的轨道，导致了材料的光、电以及超导电性等物理性质的变化[17]。随着纳米材料的粒径减小，能级的间距变大到一定程度时，就会受到量子尺寸效应的影响，材料具有高的光催化性、强的还原性和氧化性。为研究纳米材料的应用开拓了新思路。

山东师范大学硕士学位论文41.2.3纳米材料的应用研究（1）在催化方面的应用纳米颗粒由于尺寸孝比表面积大及原子表面的活性位点多，而成为催化反应中的高效催化剂。在光催化反应中，常见的贵金属、半导体及尖晶石型纳米材料可以作为催化剂加速氧化还原反应的过程；还可以实现催化剂的高效制备和回收。研究者利用纳米材料TiO2-Fe2O3作为光催化剂，处理工业废水中的SO32-和Cr2O72-，达到了很好的处理效果。在电催化反应中，1972年日本科学家Fujishima和Honda用TiO2-Pt作为电极，紫外光照射电解水[4]。Zhang等人用单分散的Ir纳米片催化剂固定电极，研究了它对电池催化反应性能的影响（如图1-3）[18]。纳米材料在反应中由于具有更高的表面活性、催化反应快及性能优异等优点[19]，在催化领域有很大的应用前景。图1-3负载催化剂的原理图[18]（2）在电化学领域的应用纳米材料由于具有很多特殊效应及特征，如活性位点多、比表面积大、多孔结构以及特殊的形态和结构，所以应用前景广阔。例如，通过简单的离子交换制备的纳米材料NiCo2S4，具有特殊的多壳层中空洋葱的结构[20]，可以作为一种高活性的电极材料在电池中应用（如图1-4）。另外，将这种特殊结构和活性炭组装后，也可用在超级电容器中。由于其具有良好的循环稳定性、大功率和能量密度，所以表现出良好的电化学性能。这些具有特殊结构的纳米材料，在电池和超级电容器[21,22]中被广泛使用，缓解了目前的能源危机。

【参考文献】：
期刊论文
[1]双相体系中凹土负载型固体酸SO42-/In2O3-ATP催化己糖降解5-羟甲基糠醛（英文）[J]. 申越,康玉茹,孙建奎,王超,王波,许凤,孙润仓.  催化学报. 2016(08)



本文编号：2936004