立方体纳米Cu2O吸附热力学及动力学的粒度效应研究

采用不同粒径的单一(100)晶面的立方体纳米Cu₂O作为模型材料, 研究了粒径和温度对其吸附动力学和吸附热力学性质的影响规律. 基于已建立的纳米材料吸附热力学和动力学理论, 推导出了单一(100)晶面立方体纳米Cu₂O材料的吸附热力学和吸附动力学性质与粒径之间的关系式. 实验结果与理论预测结果一致: 随着纳米Cu₂O粒径的减小, 吸附速率常数增大而吸附活化能和吸附指前因子减小; 标准摩尔吸附Gibbs自由能 Δ_a $G^{\rlap{-}0}_{m}$减小而标准吸附平衡常数ln $K^{\rlap{-}0}$、 标准摩尔吸附焓 Δ_a $H^{\rlap{-}0}_{m}$和标准摩尔吸附熵 Δ_a$S^{\rlap{-}0}_{m}$均增大, 且以上参数均与粒度的倒数具有较好的线性关系.     

ZnO纳米片层结构的原位生长机理及热力学函数

采用绿色水介质体系一步合成了3种不同尺寸的ZnO纳米片层结构。 通过微热量技术获取其原位生长过程的热谱曲线,从动力学和热力学角度分析其生长机理;利用电化学方法测定了不同温度下纳米ZnO与块体ZnO原电池的电势差,结合热力学基本公式求算出ZnO纳米片层结构的热力学函数值,并与生长机理关联讨论。 结果表明,ZnO纳米片层结构的生长经历了先表观吸热后表观放热,放热减慢,最后到达放热平台的热量变化阶段。 标准摩尔熵、标准摩尔生成Gibbs自由能及标准摩尔生成焓均随着尺寸减小而逐渐增大。 本文为纳米材料的原位生长机理与热力学函数的关联研究提供了新的思路和方法。     

二维ZnO纳米片的热力学研究

采用水热法合成了二维ZnO纳米片,并通过扫描电镜(SEM),X射线粉末衍射仪(XRD)对其形貌尺寸和物相进行表征,合成的多孔状纳米纯度高,且结晶度好。采用原位微热量技术,得到了过程的热动力学信息,结合热化学循环、热动力学原理及动力学过渡态理论,获取了二维ZnO体系的整体热力学函数和表面热力学函数,讨论了温度对表面焓、表面熵和表面吉布斯自由能的影响规律。结果表明：(i)纳米ZnO整体热力学函数：标准摩尔生成吉布斯自由能、标准摩尔生成焓和标准摩尔熵均比块体的大;(ii)随着温度的升高,表面焓和表面熵增加,表面吉布斯自由能则减少。     

立方体纳米氧化亚铜反应动力学的理论及实验研究

为了探究纳米多相反应过程的动力学行为,本文通过液相还原法可控合成了粒度为55 nm的立方体氧化亚铜（Cu₂O）。基于纳米与块体Cu₂O的区别,采用原位微量热技术获取Cu₂O体系与HNO₃反应过程的热动力学精细信息,结合热动力学原理及动力学过渡态理论计算得到Cu₂O反应动力学参数,并建立立方体动力学模型讨论并佐证动力学实验结果。结果表明,纳米Cu₂O的反应速率常数大于块体,而表观活化能、指前因子、活化焓、活化熵和活化Gibbs自由能均小于块体;随着温度的升高,纳米Cu₂O的反应速率常数和活化Gibbs自由能均增大。动力学模型表明影响反应动力学参数的主要因素为：偏摩尔表面焓影响表观活化能,偏摩尔表面熵影响指前因子,偏摩尔表面Gibbs自由能影响反应速率常数。本文为纳米材料多相反应动力学参数的获取和分析应用提供了一种普适的理论模型和实验方法。     

离子交换法纳米Cu2O的制备及光催化性能的研究

采用强酸性阳离子交换树脂（R—H）,以CuSO4·5H2O为原料,制备出R2-Cu型阳离子交换树脂,R2-Cu型阳离子交换树脂与酒石酸钾钠进行离子交换得到Cu（OH）2,再用葡萄糖还原制得Cu2O纳米粒子,用IR、XRD、BET、TEM等手段对样品进行了表征,并以催化罗丹明B为模拟染料,日光（4月晴天,T=15～25℃）为光源,在自制的无色透明的玻璃反应器进行光催化降解反应,考察了Cu2O纳米粒子的催化性能．     

Ag3PO4微晶表面热力学函数的温度及形貌效应

在室温下采用离子交换法制备了四足状、 立方体状和十二面体状Ag₃PO₄微晶及Ag₃PO₄块体, 并进行了表征. 以Ag₃PO₄微/纳米和块体材料热力学性质的区别为基础, 结合化学热力学理论和热动力学基本原理, 导出摩尔表面热力学关系式. 在此基础上, 采用原位微量热技术获取Ag₃PO₄的化学反应动力学信息和表面热力学函数, 讨论了形貌和温度对表面热力学性质变化的影响. 结果表明, 四足状Ag₃PO₄的摩尔表面焓(\begin{array}{c}{H}_m^s\end{array})、 摩尔表面Gibbs自由能(\begin{array}{c}{G}_m^s\end{array})和摩尔表面熵(\begin{array}{c}{S}_m^s\end{array})最大, 立方体状次之, 十二面体状最小; \begin{array}{c}{H}_m^s\end{array}和\begin{array}{c}{S}_m^s\end{array}随温度的升高而增大, \begin{array}{c}{G}_m^s\end{array}则随温度的升高而减小.     

纳米Cu(OH)2分解温度对CuO粒度的影响

以CuSO4.5H2O和NaOH为原料,采用沉淀法制备得到Cu(OH)2纤维,再进行Cu(OH)2的分解反应.考察了在不同实验条件下温度对Cu(OH)2热分解过程的影响.结果表明:在反应温度20℃,反应终点pH值为12,搅拌速度为1 200 r.min-1,NaOH溶液的滴加速度为50 mL.min-1的反应条件下,得到的样品为纳米Cu(OH)2纤维,其直径为10~30 nm、长度为1~6μm;在固相纳米Cu(OH)2热分解制备CuO过程中CuO粒径随温度的升高而增大,在温度不超过200℃时CuO的粒径约为20 nm左右;在液相中先沉淀后升温时,产物的形貌为球形,CuO粒径随温度的升高而增大,低于80℃可得到纳米级的CuO.     

电解法制备纳米Cu2O及其光催化性能的研究

以紫铜板为阳极,钛网为阴极,十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为添加剂,采用离子膜电解法制备纳米Cu2O晶须。由X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM和HRTEM)、比表面积(BET)等手段对产物进行了表征。结果表明,所制备的纳米Cu2O直径约10~30nm,长度约500nm,且Cu2O的生长趋势具有〈111〉面择优取向。还发现纳米Cu2O晶须的晶面上有许多孔洞,使所制备的Cu2O具有良好的光吸收能力和一定的光催化活性。此Cu2O样品降解有机染料活性艳红(X_3B)的光催化性能的结果表明,其在1h内降解活性艳红的效率达到96.4%。     

甲醇热还原法制备高分散Cu2O微米立方体及其光催化性能

通过简单的甲醇热还原法制备高分散Cu2O微米立方体,制备过程中无需添加表面活性剂。利用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FESEM)、高分辨透射电镜(HRTEM)、X射线光电子能谱(XPS)等分析测试手段对样品的物相及形貌进行表征;通过紫外可见漫反射(UV-Vis)及光致发光光谱(PL)对样品的光化学性能进行表征;样品的光催化性能通过可见光(λ>400 nm)催化降解罗丹明B染料(RhB)脱色活性进行测试表征。同时,对样品光催化性能与物理化学性能之间的内在联系进行了研究。结果表明:制备温度对样品的形态及光催化性能有着重要影响,当制备温度为140℃时,可制备得到高分散Cu2O微立方体并且其显示出最优的光催化活性;当制备温度进一步提高时,得到的样品为超细铜粉,样品的光催化性能迅速降低。     

四针状纳米氧化锌的热力学函数

采用简单、温和的微乳液水热辅助法合成了尺寸、形貌均匀的四针状ZnO纳米结构,每个结构由四根长约250nm的纳米针组成．基于块体ZnO的热力学函数已知,依据热力学势函数法设计热化学循环,将纳米ZnO与块体ZnO的热力学函数进行了关联．并结合热动力学理论及过渡态理论,利用微量热技术获得了所制备的四针状纳米ZnO在298．15K下的标准摩尔生成焓、标准摩尔生成Gibbs自由能、标准摩尔熵值分别为（-329．37±0．43）kJmol-1,（-318．51±0．03）kJmol-1,（20．36±1．05）Jmol-1 K-1．     

尺寸效应对氧化锌微/纳体系热力学性质的影响

采用微乳液水热辅助法合成了三种不同尺寸的手榴弹状ZnO 微/纳结构. 通过设计热化学循环, 建立了纳米ZnO与块体ZnO体系热力学性质之间的关系. 并结合微量热技术对不同尺寸ZnO微/纳体系的热力学性质进行了计算. 结果表明, 尺寸效应对微/纳体系热力学性质有显著的影响: 随着反应物尺度的减小, 体系的标准摩尔反应焓、标准摩尔反应Gibbs 自由能、标准摩尔反应熵均降低, 而材料自身的标准摩尔生成焓、标准摩尔生成Gibbs 自由能、标准摩尔熵均增加.     

Solvothermal Preparation of Mn3O4 Nanoparticles and Effect of Temperature on Particle Size

Hausmannite Mn₃O₄ nanoparticles were successfully prepared via a facile one-step solvothermal route with Mn(CH₃COO)₂·4H₂O as manganese source in the mixed solvent of acetone and water. Powder X-ray diffraction(XRD), Fourier transform infrared(FTIR) spectrometry and transmission electron microscopy(TEM) were used to characterize Mn₃O₄ nanoparticles. It was found that the particle size could be tailored by varying the synthesis temperature. On the whole, the particle size becomes larger with the rising of solvothermal reaction temperature. But there is no linear relation between them. According to the different temperatures(60-140℃), the average particle size is from about 9 nm to 15 nm. Magnetic properties of Mn₃O₄ samples prepared at 60, 100 and 140℃ were studied via a superconducting quantum interference device(SQUID), respectively.     

氧化钇粒度控制与测定

用氨水或碳酸氢铵与氯化钇溶液反应生成沉淀，煅烧沉淀制备了D50为0．45μmt 2-10μm的各种粒径的氧化钇粉末。分别采用Coulter MultisizerⅡ和90Plus粒度仪测定微米和亚微米级氧化钇粉体粒度，研究了分散剂，待测样品量，分散时间等因素对亚微米级氧化钇粉体粒度测量精度的影响。     

聚苯乙烯胶乳颗粒的成膜过程及尺寸效应

聚合物乳液成膜过程可分为介质蒸发、颗粒形变和相邻颗粒间高分子的扩散融合三个阶段.一般认为,环境温度达到或高于高分子的玻璃化转变温度(T_g)时颗粒才可能发生形变.Goudy等研究了粒径为0.24～1.05μm的聚苯乙烯(PS)胶乳的成膜过程,发现PS颗粒在368K(T_g约373K)热处理很长时间也不发生形变,而在378K热处理后,粒径较小的颗粒融合速度快于较大颗粒.     

灼烧温度对单一稀土氧化物粒度、比表面积和形貌的影响（Ⅰ）

分别以稀土元素Y,Pr,Nd,Sm,Eu,Tb,Dy,Er和Lu的草酸盐为前体原料,固定的灼烧时间为3h,在800－1500℃范围内不同灼烧温度下制备了系列单一稀土氧化物,利用Coulter计数法,比表面积分析仪和扫描电镜研究了灼烧温度对稀土氧化物的粒度,比表面积和形貌的影响,结果表明,各稀土氧化物的中位粒径和团聚程度随灼烧温度升高而增大,而比表面积则逐渐减小。     

Ag3PO4溶解热力学函数的晶面效应与温度效应

在室温下制备了立方体{100}、 四面体{111}、 菱形十二面体{110}和块体Ag₃PO₄微晶, 并进行了表征. 测定了其在不同温度下水溶液中的电导率, 结合强电解质溶液和溶解热力学理论, 得到了Ag₃PO₄微晶的溶解热力学函数. 以具有不同晶面的Ag₃PO₄微晶为模型, 研究了纳米材料溶解热力学函数的晶面效应和温度效应. 结果表明, 具有{110}晶面的菱形十二面体Ag₃PO₄的标准摩尔溶解吉布斯自由能()、 标准摩尔溶解焓()和标准摩尔溶解熵()最大, 具有{100}晶面的立方体Ag₃PO₄次之, 具有{111}晶面的四面体Ag₃PO₄最小; 溶解平衡常数(K_{\mathrm{SP}})和随着温度的升高而增大.     

金刚石纳米线氮空位色心的表面与尺寸效应

使用大规模自旋极化密度泛函理论计算研究了表面修饰和尺寸对金刚石纳米线(DNs)中氮空位(NV)色心的几何结构、 电子结构、 磁性和稳定性的影响. 理论上设计了几种不同的DNs, 这些DNs具有不同的表面修饰(干净、 氢化和氟化), 并且直径达数百个原子. 实验结果证明, 中性(NV⁰)和带1个负电荷(NV^-)的NV色心的电子结构不受半导体表面修饰和DNs直径大小的影响, 但NV色心的稳定性对这两个因素具有不同的响应. 此外, 研究中还发现, 由于DNs中存在圆柱形表面电偶极子层, 对DNs中掺杂的NV^-色心的稳定性, 表面改性诱导了不依赖尺寸的长程效应. 特别地, 对于n型氟化金刚石表面, 掺杂在DN中的NV^-色心可以稳定存在, 而对于p型氢化表面, NV⁰则相对更稳定. 因此, 表面修饰为控制金刚石纳米线中的NV色心的电子结构和稳定性提供了一种精确有效的调控方法.