第三章纳米的化学特性概述.ppt

* 表面活性剂防团聚理论模型 Papell 在制备Fe3O4的磁性液体时就采用油酸防止团聚，达到分散的目的。 他将～30μm的Fe3O4粒子放入油酸和正庚烷中进行长时间的球磨，得到约10nm的Fe3O4微粒稳定地分散在正庚烷中的磁流体，每个Fe3O4 微粒均包裹了一层油酸。 * Rosensweig的理论计算 磁性粒子外包裹的油酸层所引起的排斥能V： N为单位体积的吸附分子数， δ为吸附层的厚度，h为粒间 距函数（＝R/r - 2）。 * 当粒子接触时，h＝0，随粒 子分离距离加大，h增大。 粒子之间存在位垒，粒子间 若要发生团聚，必须有足够 大的引力才可能使粒子越过 势垒。但由于磁引力和范德 瓦耳斯引力很难使粒子越过 势垒，因此磁性粒子不会团 聚。 * The End * 吸附剂和吸附相是如何定义的？ 第三章 纳米微粒的化学特性 * 主要内容 一、吸附 二、分散与团聚 * 一、吸附 吸附是相接触的不同相之间产生的结合现象。 物理吸附：吸附剂与吸附相之间以范氏作 用力之类的较弱的物理力结合 化学吸附：吸附剂与吸附相之间以化学键 强结合 * 纳米微粒——大的比表面，表面原子配位不足，比相同的大块材料有更强的吸附性。 纳米粒子的吸附性与被吸附物质的性质、溶剂的性质以及溶液的性质有关。不同种类的纳米微粒吸附性质也有很大的差别。 电解质和非电解质溶液以及溶液的pH值等都对纳米微粒的吸附产生强烈的影响。 1、非电解质的吸附 纳米材料在非电解质上的吸附 通过氢键、范氏作用力、偶极子的弱静电引力吸附在粒子表面，其中尤以氢键为多。 * 1、非电解质的吸附 氧化硅纳米粒子对醇、酰胺、醚的吸附过程中,氧化硅微粒与有机试剂中间的接触为硅氧醇层，硅烷醇在吸附中起着重要的作用。 * 1、非电解质的吸附 有机试剂中的O或 N与硅烷醇的羟基 中的H形成O－H或 N－H键，从而完 成SiO2粒子对有机 试剂的吸附。 * 低pH下吸附于氧化硅表面的醇、酰胺、醚 1、非电解质的吸附 一个醇分子与氧化硅表面的硅烷醇羟基之间只能形成一个氢键，所以结合力很弱，属于物理吸附。 对于高分子氧化物，例如聚乙烯氧化物在氧化硅粒子上的吸附也同样通过氢键来实现，由于大量的O－H氢键的形成，使得吸附力变得很强，这种吸附为化学吸附。 弱物理吸附容易脱附，强化学吸附脱附困难。 * 1、非电解质的吸附 吸附影响因素：粒子表面性质；吸附相的性质；溶剂种类 吸附相相同，溶剂不同，吸附量不同。 例如，以直链脂肪酸为吸附相，正己烷为溶剂时直链脂肪酸在氧化硅微粒表面上的吸附量多；苯为溶剂时则少。这是因为在苯的情况下形成的氢键很少。 水溶液中吸附非电解质时，pH值的影响很大。pH值高时，氧化硅表面带负电，水的存在使得氢键难以形成，吸附能力下降。 * * 2、电解质吸附 电解质在溶液中以离子形式存在，吸附能力大小由库仑力来决定。 纳米微粒在电解质溶液中的吸附现象大多数属于物理吸附。纳米粒子的大的比表面，很多键不饱和，致使纳米粒子表面失去电中性而带电（例如纳米氧化物，氮化硅粒子），在电解质溶液中往往把带有相反电荷的离子吸附在表面上以平衡其表面上的电荷，这种吸附主要是通过库仑交互作用而实现的。 * 2、电解质吸附 如，纳米尺寸的黏土小颗粒在碱或碱土类金属的电解质中，带负电的黏土超微粒子很容易把带正电的Ca2+粒子吸附到表面，这里Ca2+称为异电离子，这是一种物理吸附过程，它是有层次的，吸附层的电学性质也有很大的差别。 * 2、电解质吸附 一般来说，靠近纳米微粒表面的一层属于强物理吸附，称为紧密层，它的作用是平衡了超微粒子表面的电性； 离超微粒子稍远的Ca2+粒子形成较弱的吸附层，称为分散层。 * 2、电解质吸附 由于强吸附层内电位急剧下降，在弱吸附层中缓慢减小，结果在整个吸附层中产生电位梯度。 上述两层构成双电层。双电层中电位分布可用一表示式来表明。 * 2、电解质吸附 例如，把Cu离子－黏土粒子之间吸附当作强电解质吸附来计算，以粒子表面为原点，在溶液中任意距离x的电位ψ可用下式表示： 其中， 当x→∞时， .。 为粒子表面电位，即吸附溶液与未吸附溶液之间界面的电位，又称zeta势。ε为介电常数，e为电子电荷，n0为溶液的离子浓度，Z为原子价，NA为阿伏加德罗常数，C为强电解质的摩尔浓度（mol/cm3），T为绝对温度。 * 2、电解质吸附 k表示双电层的扩展程度， 称为双电层的厚度，反比于Z和 ，这表