文档介绍：纳米催化剂进展中国地质大学,材化学院,武汉 430000 摘要:简要介绍了纳米催化剂的基本性质、其相对于其他催化剂的优势,并较详细地介绍了纳米催化剂类型、部分应用以及相对应类型催化剂例子的介绍,以及常见的制备方法及其表征手段,最后介绍了部分国内和国外纳米催化剂的应用, 并对其发展方向进行一定的预测。关键词:纳米催化剂应用制备催化活性进展近年来,纳米科学与技术的发展已广泛地渗透到催化研究领域,其中最典型的实例就是纳米催化剂( nanocatalysts — NCs )的出现及与其相关研究的蓬勃发展。 NCs 具有比表面积大、表面活性高等特点,显示出许多传统催化剂无法比拟的优异特性;此外, NCs 还表现出优良的电催化、磁催化等性能,已被广泛地应用于石油、化工、能源、涂料、生物以及环境保护等许多领域。本文主要就近年来 NCs 的研究进展进行了综述。 1. 纳米催化剂的性质表面效应通常所用的参数是颗粒尺寸、比表面积、孔径尺寸及其分布等,有研究表明, 当微粒粒径由 10nm 减小到 1nm 时, 表面原子数将从 20% 增加到 90% 。这不仅使得表面原子的配位数严重不足、出现不饱和键以及表面缺陷增加, 同时还会引起表面张力增大, 使表面原子稳定性降低, 极易结合其它原子来降低表面张力。此外, Perez 等认为 NCs 的表面效应取决于其特殊的 16 种表面位置, 这些位置对外来吸附质的作用不同, 从而产生不同的吸附态, 显示出不同的催化活性。体积效应体积效应是指当纳米颗粒的尺寸与传导电子的德布罗意波长相当或比其更小时, 晶态材料周期性的边界条件被破坏, 非晶态纳米颗粒的表面附近原子密度减小, 使得其在光、电、声、力、热、磁、内压、化学活性和催化活性等方面都较普通颗粒相发生很大变化, 如纳米级胶态金属的催化速率就比常规金属的催化速率提高了 100 倍。量子尺寸效应当纳米颗粒尺寸下降到一定值时, 费米能级附近的电子能级将由准连续态分裂为分立能级, 此时处于分立能级中的电子的波动性可使纳米颗粒具有较突出的光学非线性、特异催化活性等性质。量子尺寸效应可直接影响到纳米材料吸收光谱的边界蓝移, 同时有明显的禁带变宽现象; 这些都使得电子/ 空穴对具有更高的氧化电位, 从而可以有效地增强纳米半导体催化剂的光催化效率。 2. 常见催化剂 NCs 大致可以分为负载型和非负载型两大类( 如下表所示)。下面仅就其中几种常见 NCs 进行介绍。纳米催化剂分类负载型负载型金属 NCs 负载型贵金属 NCs 负载型过渡金属 NCs 负载型金属氧化物 NCs 金属配合物/ 分子筛复合 NCs 非负载型金属 NCs 贵金属 NCs 过渡金属 NCs 合金型 NCs 金属簇 NCs 金属氧化物 NCs 过渡金属氧化物 NCs 主族金属氧化物 NCs 稀土金属氧化物 NCs 金属复合氧化物 NCs 纳米分子筛催化剂纳米膜催化剂生物 NCs 贵金属纳米催化剂 Au 是贵金属中最具代表性的一种元素, 其外层 d 轨道具有半充满的电子结构, 一般不易化学吸附小分子, 且很难制得高分散的 Au 纳米颗粒。但是利用碳纳米管(CNTs) 与负载的金属之间特殊的相互作用, Ma 等成功地利用化学镀层技术将 Au Ts 上, 制备了高分散的 Ts NCs 。类型磁性贵金属纳米催化剂: 由磁性载体核催化剂活性组分( 活性组分通过化学键或者沉积作用与包覆材料相互作用负载在磁性载体上) 组成。如图: 类型有: Pd 磁性纳米催化剂在催化加氢中应用最广泛。通过将 Pd 催化剂与磁性催化纳米载体耦合,使得 Pd 纳米催化剂即有原来的催化性能,且具备磁分离的性能。 Tsang 等成功地合成了以 Fe-Ni 合金为磁核、碳为包覆材料的磁性纳米载体, 并且高效地将 Pd 负载到该磁性纳米载体上, 得到了 Pd 磁性颗粒,后来经试验验证,其经过 14 次催化加氢反应后, Pd /HS-SiO 2 /Fe 2O 3, Pd 容易团聚,相反 Pd /H 2 N-SiO 2 /Fe 2O 3 中的 Pd 还保持高度分散状态,其表明了该种磁性纳米颗粒具有更好的分散性。 Pt 磁性纳米催化剂氧化还原反应中, Pt 催化剂的使用最普遍。通过将纳米 Pt 催化剂与磁性纳米载体耦合,使其成为均相催化剂, 实现反复利用。它可以在温和的条件下使得很宽范围的烯烃甚至包括带芳环的有机物加氢, 并且全部转化为饱和的目标产物。在催化***类转化为相应醇类的反应中, 转化率高达 99% 。该磁性纳米催化剂用于催化苯加氢 7 次后和催化 3- 戊***加氢 14 次后,其活性均没有任何变化。然而, 在加氢后的产物中均发现有浓度小于 10 -8的 Pt, 他