纳米材料在电化学催化中的应用

目录

前言.................................................................. - 3 - 1. 纳米材料概述 ..................................................... - 3 - 1.1纳米材料的定义..................................................... - 3 -

1.2纳米材料的特性..................................................... - 3 -

2. 纳米材料电化学催化............................................... - 4 - 2.1催化的重要性和广泛性............................................... - 4 -

2.2 作为电极功能材料的纳米材料......................................... - 5 -

3. 纳米材料电化学催化的分析手段及仪器 ............................ - 6 - 3.1紫外可见分光光度法分析............................................. - 6 - 3.2扫描电子显微镜分析................................................. - 6 - 3.3 X射线衍射分析..................................................... - 6 - 3.4电化学分析......................................................... - 7 - 4．纳米材料在电催化的应用.......................................... - 7 -

4.1 纳米材料在燃料电池中的应用......................................... - 7 -

5. 总结 .............................................................. - 9 - 参考文献 ............................................................. - 10 -

纳米材料在电化学催化中的应用

摘要：纳米材料电催化融合了多门学科，包括分析化学，物理化学和材料科学技术。虽然纳米材料电催化的理论基于物理化学和材料科学，但是它的实际应用离不开分析化学。本文主要介绍了纳米材料的特殊效应，如表面效应，小尺寸效应，量子尺寸效应等。另外，我们进一步讨论了具有某些特殊性质的纳米材料在电化学催化中的应用。这里着重介绍了两大典型的纳米材料电催化应用领域，即燃料电池和生物传感器。

关键词：纳米材料，电化学，电催化

The Application of Nano Material in Elecrocatalysis

Abstract: The application of nano material in electrocatalysis is a combination of several subjects, including analytical chemistry, physics chemistry and material science and technology. Its practical application is associated with analysis chemistry tightly, thought its theory is mainly based on physics chemistry and material science and technology. In this paper, some special effects of nano material were reviewed, such as surface effect, small-size effect, quantum size effect, etc. Besides, some special properties of nano material used in electrocatalysis were further discussed. Moreover, two typical studies of nano material in electrocatalysis were introduced which are based on fuel cell and biosensor.

Keywords: nano material, electrochemistry, electrocatalysis

前言

纳米材料是当今科学研究的热点。纳米粒子具有许多传统固体不具备的新异的物理、化学特性，包括表面效应、体积效应等，这些特殊的性质使纳米材料在电化学催化中的应用有广阔的前景。

纳米粒子由于其小的体积和大的比表面，比大块的粒子具有更多活性点位，从而实现信号的放大。纳米粒子表现出的电子、光学和异相催化特性，使其成为理想的电极功能材料。纳米粒子在固体表面的二维和三维有序组装，可制备多种复合纳米光学和电子传感器件。

一些贵金属纳米纳米材料，如Pt，Au，在电化学催化中有很大的研究价值。由于这些纳米的微粒往往比大块的粒子具有更多活性点位，所以将它们制成燃料电池的阳极或阴极可以分别促进氧化或还原，从而使电池达到高的能量转化效率。

另外，一些纳米材料如，碳纳米管、金纳米微粒，在拥有一般纳米材料特性的同时具备了良好的生物兼容性，有利于生物酶或蛋白质在其上的修饰并保持活性，若能够使酶或蛋白在氧化锌纳米材料修饰电极上实现直接电子传递，就有望制成性能良好的第三代生物传感器，从而广泛运用在医学检测、环境分析等诸多领域。因此，对于纳米材料在电化学催化中的研究具有一定应用价值。

1. 纳米材料概述

1.1纳米材料的定义

纳米(nm)和米、微米等单位一样，是一种长度单位，一纳米等于十的负九次方米，约比化学键长大一个数量级。

纳米材料（nano material）是指三维空间尺度至少有一维处于纳米量级(1-100nm)的材料，它是由尺寸介于原子、分子和宏观体系之间的纳米粒子所组成的新一代材料。由于其组成单元的尺度小，界面占用相当大的成分。因此，纳米材料具有多种特点，这就导致由纳米微粒构成的体系出现了不同于通常的大块宏观材料体系的许多特殊性质。

自从1991年lijima发现碳纳米管以来，一维纳米材料(纳米线、棒、管)由于其在基础理论研究和潜在应用技术上的双重重要性引起了人们极大的研究兴趣。由于其小的体积和大的比表面，纳米粒子表现出独特的电子、光学和异相催化特性，使其成为表面纳米工程和功能纳米结构制备多种复合纳米光学和电子传感器件。另外，对于保持蛋白质与酶等分子在固体表面上的生物活性、促进氧化还原蛋白质的直接电子传递和蛋白质或酶与底物间的电子传递具有重要作用，在电化学、分析化学方面有很高的运用价值。

1.2纳米材料的特性

纳米材料具有一系列新异的物理、化学特性，涉及到大块样品中所忽略的，或根本不具有的一些物理化学问题。自20世纪80年代以来逐渐成为世界各国研究开发的重点，作为一种新材料在宇航、电子、冶金、化学、生物和医学等领域展示了广泛的应用前景，因而纳米材