纳米科技与应用化学班级：1307401 学号：1130700116 姓名：王跃【关键字】纳米化学应用【摘要】随着纳米科技的发展，越来越多的行业开始设计纳米领域，而化学作为一门基础学科，更是走在研究纳米科技的前列。

本文便结合实例，分析总结纳米科技在化学许多方面的应用和研究。

纳米科技是在20 世纪80 年代末逐步发展起来的前沿、交叉性新兴科学, 其迅猛发展已将成为21 世纪科技发展的主流之一[1~3]纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围(小于100nm) 或由它们作为基本单元构成的具有特殊物理化学性能的材料。

纳米粒子由于具有4 大效应( 包括表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应) , 从而使纳米材料的磁、光、声、热、力学、电以及超导电性等与一般材料的宏观特性有着显著的区别。

纳米材料的奇异性是由其构成基本单元的尺寸及其特殊的界面、表面结构所决定。

纳米材料与纳米技术已经广泛应用在各个领域[3~ 5] 。

下面着重介绍几个纳米材料在化学方面的应用与研究。

1、纳米催化剂化学家研究纳米物质一开始就把注意力放在催化方面。

实际上, 人们长期应用的催化剂中, 确有一些就是由纳米颗粒组成的。

但是它们几乎都是密实的团聚体, 没有发挥纳米颗粒的特点[6]。

近年来，人们也研制出很多催化活性很高的纳米催化剂，如纳米金的催化。

金（Au）历来被认为是化学惰性的，因此，在化工领域应用较少。

然而随着纳米技术的发展，对纳米材料研究的不断深入，纳米Au 的一些独特性质也逐渐被发现。

其中尤其引起人们关注的就是纳米Au 的催化性能。

当Au 以纳米尺寸均匀分散时，在一些反应中表现出了优异的催化活性。

苯甲醛是一种重要的有机化工原料。

主要用作生产月桂醛、月桂酸、苯乙醛、苯甲酸苄酯的原料。

也是染料、香料及药品的重要中间体。

苯甲醇氧化是目前制苯甲醛的最主要的合成方法。

Chen 等[7]将HAuCl4 引进SBA- 15 孔壁中，然后经过煅烧，得到硅介孔壁含金纳米颗粒的GMS 系列，该催化剂在403 K、1.5 MPa 非溶剂下对苯甲醇氧化得到苯甲醛具有很高的选择性和转化率, 且在反应中具有很好的稳定性。

烟道气是指煤等化石燃料燃烧时候所产生的对环境有污染的气态物质。

由于不完全燃烧使得烟道气中含有有毒的NO。

通常烟道气中含NO, SO2 ,H2O, CO2 , O2 等成分，发展一种合适的催化剂在较低温度下抵制SO2 , H2O 的失活作用并选择性地催化氧化NO 是非常必要的。

金负载催化剂对NOx 的各种还原反应均具有良好的催化活性。

Hui Wang等[8]用共沉淀法将纳米金负载Co3O4 上, 使Au 的平均粒径达约4 nm，并在120℃的较低温度下SO2、H2O存在下的有效地催化转化了烟道气中的NO。

2、纳米涂料涂料是在汽车、建材、航空、船舶等领域应用十分广泛的材料, 利用纳米技术提高涂料性能或赋予其它功能已成为涂料行业研究与应用的热点[9]。

将纳米材料应用于涂料中, 不仅可使涂料的传统性能, 如粘结性、耐冲击性、柔韧性、耐老化性、耐腐蚀性、抗辐射性等得到大大的提高和改善, 还使得其具有一些新的功能, 如自清性、抗静电、吸波隐身等性能, 从而提高涂料产品的性能。

利用纳米技术对涂料的基本性能进行改进与提升。

柯博等从纳米SiO2 的结构出发, 阐述了纳米SiO2 改善涂料性能的原理, 认为纳米SiO2 涂料的触变性、颜料悬浮性、抗老化性等有明显改善。

徐国财将平均粒径30nm 的纳米SiO2 用于紫外光固化涂料后, 提高了涂膜的固化速度、硬度、附着力和低温下的热稳定性[10] 。

纳米材料与技术可赋予涂料许多不同的新功能。

北京中国科学院开发出了一种纳米复合耐高温防火涂料, 这种涂料为多相复合体系, 由纳米碳化硅、纳米硅酸盐粘土等以及磷酸盐、氧化物及纳米硅酸铝等纳米粒子中添加纳米的有机高分子材料(包括粘合剂)的插层复合法制备而成。

利用纳米材料的光催化性将纳米材料掺入到涂料中可制得具有抗菌、环保、自清洁功能的纳米复涂料。

复旦大学涂料工程研究中心利用纳米粒子( SiO2、TiO2 、ZnO) 对紫外线的超强吸收性及纳米粒子的高表面活性对细菌的杀伤力( 纳米抗菌粉) ,在实验室规模上成功制备出超耐候外墙涂料及纳米内墙抗菌涂料。

3、纳米化学镀层随着对纳米材料的研究，发现许多低维、小尺寸、功能化的纳米结构表面层, 能够显著改善材料的组织结构赋予材料新的性能。

纳米表面工程就是将纳米技术与纳米材料和表面工程交叉、复合、综合并开发应用。

而作为纳米表面工程的关键技术之一的纳米复合镀是在复合镀基础上发展起来的一种新工艺，它用纳米颗粒代替了传统复合镀中使用的微米颗粒。

纳米材料具有许多奇特的性能，可以得到功能各异的复合镀层。

许小锋[11]等在化学镀Ni—P合金镀液中添加纳米A12032乏PTFE 获得(Ni—P)-A1203-PTFE复合镀层。

并进行了腐蚀试验，镀层的耐蚀性能用挂片腐蚀法进行测试。

镀态下在质量分数为10％HCl溶液中的年腐蚀速率为138．1mg／(a．cm2)，比相同条件下Crl8Ni9不锈钢的腐蚀速率1200mg／(a．cm2)的耐蚀性能要好得多。

赵芳霞[12]等采用全浸泡腐蚀试验，系统研究了Ni—P-纳米，Ti02复合镀层在HCl、H2S04、HN03、NaOH和NaCl溶液中的耐腐蚀性能。

结果表明，Ni．P．纳米Ti02复合镀层比Ni—P化学镀层具有更优异的耐酸、耐碱、耐盐腐蚀的性能，复合镀层在盐和碱性腐蚀液中的耐蚀性优于酸性腐蚀液，Ni．P．纳米Ti02复合镀层在不同腐蚀液中的腐蚀形态明显不同，保持镀层在腐蚀液中的完整性对提高镀层的耐腐蚀陛能至关重要。

4、纳米过滤分离纳米过滤(Nanofiltration) 是20 世纪80 年代末发展起来一种新型膜分离技术。

纳米膜有两个显著的特点:一是它的截留分子量介于反渗透与超滤之间,约为200～2000;二是其表面分离层由聚电解质构成, 因而它对无机电解质具有一定的截留率,允许一些无机盐,特别是一价盐离子和有些溶剂透过膜,使有机物和无机盐分离,同时对有机物进行浓缩。

与传统的膜分离过程相比, 纳米过滤具有下列特点[13]:(1) 具有离子选择性。

其表层孔径处于纳米级范围(10 - 9m) , 因而其分离对象主要为粒径1纳米左右的物质。

它对NaCl 的脱除率在80 %左右。

反渗透膜几乎对所有的溶质都有较高的脱除率,但纳滤膜只对特定的溶质具有高脱除率。

(2) 操作压力低。

纳滤膜的最大特征是膜本体带有电荷,这使得它在很低的操作压力下仍具有较高的脱盐率。

反渗透过程所需操作压力很高,一般在几兆～几十兆帕以上,而纳米过滤过程所需操作压力低于1. 0 兆帕,这对于降低整个分离系统的设备投资费用十分有利。

(3) 可取代传统处理过程中的多个步骤,因而比较经济。

如在水的软化和净化中,采用纳滤技术就可以一次性去除Ca2 + 、Mg2 + 等二价离子和有机物。

(4) 由于纳滤膜多为复合膜及荷电膜,因此其耐压性与抗污染能力强。

荷电纳滤膜能根据离子大小及电价的高低, 对低价离子与高价离子进行分离。

随着社会发展的需求, 纳米过滤在饮用水净化、水质软化、染料、药物提纯与浓缩,多肽、多糖等化工与生物工程产物的浓缩、脱色与去异味,甚至废水处理和资源回收等方面会发挥越来越明显的作用。

结语：纳米技术作为一门蓬勃发展的新兴学科，正在对原有的科学研究进行改进和创新。

化学，作为直接研究和利用纳米科技的学科，与纳米科技的结合更加紧密。

可以肯定，纳米科技的发展，势必会对未来的科学世界产生巨大影响，所以，它对我们学化学的人而言，必定是一个可以发挥很大作用的领域。

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