内容简介
纳米催化是催化科学的一个重要分支。纳米碳催化是21世纪发展起来的一个新的学科"有别于传统的金属或者金属氧化物催化"其反应基础和应用前景都有待于进一步探讨。《纳米碳催化》从纳米碳材料的结构#性质及其调控入手，首先介绍纳米碳在脱氢、选择氧化等方面的应用和基础研究"然后阐述纳米碳材料在液相反应、电化学及环境化学的催化性质"最后比较了纳米碳催化与金属氧化物催化的差异并初步探索了纳米碳催化的工业化前景和存在的问题。
纳米碳催化
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作者:苏党生 等编著出版社:科学出版社出版时间:2014年08月
- 版 次：1
- 页 数：
- 字 数：
- 印刷时间：2014年08月01日
- 开 本：16开
- 纸 张：胶版纸
- 包 装：精装
- 是否套装：否
- 国际标准书号ISBN：9787030418265
- 丛书名：纳米科学与技术
编辑推荐
《纳米碳催化》适合化学、化工、材料、纳米科技领域的广大科研、教学、专业技术人员以及研究生和本科生阅读和参考。
目 录
《纳米科学与技术》丛书序序
前言
第1章绪论1
纳米碳材料1
1.2催化与纳米催化3
1.3纳米碳催化6
参考文献7
第2章纳米碳材料基础及结构表征9
2.1纳米碳材料基础9
2.1.1纳米碳的存在形式9
2.1.2纳米碳的结构10
2.1.3纳米碳的性质16
2.2纳米碳材料结构的表征方法19
2.2.1X射线衍射19
前言
第1章绪论1
纳米碳材料1
1.2催化与纳米催化3
1.3纳米碳催化6
参考文献7
第2章纳米碳材料基础及结构表征9
2.1纳米碳材料基础9
2.1.1纳米碳的存在形式9
2.1.2纳米碳的结构10
2.1.3纳米碳的性质16
2.2纳米碳材料结构的表征方法19
2.2.1X射线衍射19
在线试读部分章节
第1章绪论
1.1纳米碳材料
自从20世纪90年代日本科学家关于碳纳米管的文章在《自然》杂志发表以来,纳米碳材料,以及以纳米碳为主体的纳米科学和技术已经取得了巨大的发展[1,2]?纳米科学和技术正在走向我们的日常生活,而对纳米尺度材料及物理现象的研究改变了我们对很多物理及化学现象的认识?为了在原子?分子尺度进行更深入的研究,人们研制和开发了包括扫描隧道显微镜?高分辨电子显微镜等一系列先进的?高分辨率的科研方法和仪器,这些新的研究方法和手段促进了纳米科学和技术的发展?纳米科学的研究,逐步从刚开始的纳米材料的合成(如量子点?纳米带?纳米管等)及相应的物理化学性质表征走向宏量可控合成及其在各个领域的应用研究?
纳米碳材料是纳米材料的典型代表?如本书第2章所述,纳米碳材料可以以各种各样的形态出现,包括富勒烯(C6?)?碳纳米管(carbonnanotube)?纳米金刚石(nanodiamond)及其他各种形貌的纳米碳材料?近几年成为纳米碳研究热点的石墨烯(graphene)是纳米碳材料家族中一个古老而又年轻的成员?整体上看,纳米碳材料构成了一个具有零维?一维?二维及多维形态的体系,而以sp3杂化形式存在的纳米金刚石则是纳米碳材料体系中一个独特的成员?纳米碳材料有很多奇特的物理性质,有些是因其形貌决定的,有些是因其原子排列方式(比如手性)决定的,有些则是因其弯曲或者缺陷所决定的?这些丰富而奇特的性质吸引了人们的研究兴趣,如图1!所示?虽然十多年过去了,各国科学家对纳米碳的研究还一直是有增无减?
传统的炭材料,例如活性炭(activatedcarbon)?工业炭黑(carbonblack)在催化工业已经具有广泛的应用,其主要是用作吸附剂(absorbent)和金属粒子的载体?这些传统的炭材料具有高的比表面?微小的孔道,有时还具有良好的石墨化程度(进而有优良的导电性)?这些炭材料还具有很好的化学惰性(但在高温有氧条件下却容易燃烧)?可调控的表面化学性质,例如可以改变亲疏水性,掺杂杂原子和附加各种官能团(functionalgroups),实现对这些炭材料有针对性的改性[]?当然这些传统炭材料的最大优势是制造工艺成熟,价格合理,全球每年都有上千万吨的产品?那么相对这些价格便宜且生产制备技术成熟的传统炭材料,纳米碳又有什么样的优势呢?
纳米碳具有优化的孔结构?活性炭的高比表面在很大程度上依赖于很小,甚至可以小到次纳米级的微孔,但是这些微孔不见得对催化反应起积极作用?这主要是由于这些微孔不利于反应物和产物的扩散,而且还很容易造成积炭,使催化剂失活?此外,进入到这些微孔中的金属颗粒的催化作用会减弱,不利于催化剂的高效利用,也是一种浪费?与此相反,碳纳米管的比表面主要是管的外表面(只有开口的碳管内表面也起作用),且只具有统一分布的介孔(即管内径),不具备类似于活性炭分布不均勻的微孔?因此对于传质和扩散起决定作用的催化反应,例如快速气相反应或者液相反应,碳纳米管的催化效率就会高于活性炭材料?而对于多步反应,因为不存在扩散问题,碳纳米管的选择性也可能高于活性炭材料?
1.1纳米碳材料
自从20世纪90年代日本科学家关于碳纳米管的文章在《自然》杂志发表以来,纳米碳材料,以及以纳米碳为主体的纳米科学和技术已经取得了巨大的发展[1,2]?纳米科学和技术正在走向我们的日常生活,而对纳米尺度材料及物理现象的研究改变了我们对很多物理及化学现象的认识?为了在原子?分子尺度进行更深入的研究,人们研制和开发了包括扫描隧道显微镜?高分辨电子显微镜等一系列先进的?高分辨率的科研方法和仪器,这些新的研究方法和手段促进了纳米科学和技术的发展?纳米科学的研究,逐步从刚开始的纳米材料的合成(如量子点?纳米带?纳米管等)及相应的物理化学性质表征走向宏量可控合成及其在各个领域的应用研究?
纳米碳材料是纳米材料的典型代表?如本书第2章所述,纳米碳材料可以以各种各样的形态出现,包括富勒烯(C6?)?碳纳米管(carbonnanotube)?纳米金刚石(nanodiamond)及其他各种形貌的纳米碳材料?近几年成为纳米碳研究热点的石墨烯(graphene)是纳米碳材料家族中一个古老而又年轻的成员?整体上看,纳米碳材料构成了一个具有零维?一维?二维及多维形态的体系,而以sp3杂化形式存在的纳米金刚石则是纳米碳材料体系中一个独特的成员?纳米碳材料有很多奇特的物理性质,有些是因其形貌决定的,有些是因其原子排列方式(比如手性)决定的,有些则是因其弯曲或者缺陷所决定的?这些丰富而奇特的性质吸引了人们的研究兴趣,如图1!所示?虽然十多年过去了,各国科学家对纳米碳的研究还一直是有增无减?
传统的炭材料,例如活性炭(activatedcarbon)?工业炭黑(carbonblack)在催化工业已经具有广泛的应用,其主要是用作吸附剂(absorbent)和金属粒子的载体?这些传统的炭材料具有高的比表面?微小的孔道,有时还具有良好的石墨化程度(进而有优良的导电性)?这些炭材料还具有很好的化学惰性(但在高温有氧条件下却容易燃烧)?可调控的表面化学性质,例如可以改变亲疏水性,掺杂杂原子和附加各种官能团(functionalgroups),实现对这些炭材料有针对性的改性[]?当然这些传统炭材料的最大优势是制造工艺成熟,价格合理,全球每年都有上千万吨的产品?那么相对这些价格便宜且生产制备技术成熟的传统炭材料,纳米碳又有什么样的优势呢?
纳米碳具有优化的孔结构?活性炭的高比表面在很大程度上依赖于很小,甚至可以小到次纳米级的微孔,但是这些微孔不见得对催化反应起积极作用?这主要是由于这些微孔不利于反应物和产物的扩散,而且还很容易造成积炭,使催化剂失活?此外,进入到这些微孔中的金属颗粒的催化作用会减弱,不利于催化剂的高效利用,也是一种浪费?与此相反,碳纳米管的比表面主要是管的外表面(只有开口的碳管内表面也起作用),且只具有统一分布的介孔(即管内径),不具备类似于活性炭分布不均勻的微孔?因此对于传质和扩散起决定作用的催化反应,例如快速气相反应或者液相反应,碳纳米管的催化效率就会高于活性炭材料?而对于多步反应,因为不存在扩散问题,碳纳米管的选择性也可能高于活性炭材料?
书摘插画
