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1、金屬奈米材料簡介與應(yīng)用化學(xué)科林威志—、奈米材料奈米材料（nanostmcturedmaterials）其粒徑約在2-100nm之間，是介於原子、分子、與巨觀塊材（bulk）之間的過渡物，具有特別的物理和化學(xué)特性。奈米粒子與一般巨觀固體的區(qū)別，主要在於它的總原子數(shù)中，表面原子數(shù)所佔的百分率較高（圖DHo粒徑（奈米）原子數(shù)表層原子的比率（％）1003.000,000220250,000101030,0002054,00040225080130>90顆粒粒徑與表層原子所佔比率關(guān)係圖對觸媒而言，由於粒子直徑變小，因而使得相同重量觸媒的表面積變大，而固體觸媒作用
2、主要是利用固體觸媒劑的表面進行反應(yīng)，因此固體表面積愈大，能產(chǎn)生反應(yīng)的機會愈多,反應(yīng)速率也就相對變高。而表面上的原子，其電子組態(tài)與固體內(nèi)部原子的電子組態(tài)不同，因此其觸媒性質(zhì)也就迥異於大顆粒，例$Q:MasatakeHaruta發(fā)現(xiàn)奈米級的金粒子承載到金屬氧化物上，所製得的觸媒在攝氏零下73度即可催化一氧化碳的氧化反應(yīng)。這個結(jié)果改變了以往認為金不具觸媒活性的印象，也證明了奈米材料特殊之催化性。另外由於表面原子數(shù)的增加，原子的排列缺乏一般固體的有序度，使得其電子結(jié)構(gòu)與一般固體不同，當奈米材料至少有一維空間粒徑於1-20nm之間，可產(chǎn)生特有之量子限化效應(yīng)(qu
3、antumconfinementeffect),半導(dǎo)體硫化鋸的能隙(bandgap)可以從2.5eV改變至4.5二、奈米金媒特性奈米金屬作為觸媒時，可分為無載體及有載體兩類。無載體奈米金屬觸媒由於沒有載體,較容易聚集，尤其在高溫時更容易聚集而降低活性，一般是在低溫使用，尤其是用於液相的反應(yīng)。但因凡得瓦爾力的作用，即使在室溫下，它們也很容易聚集在一起，同時也會粘附在反應(yīng)器壁上。要讓它穩(wěn)定懸浮而不聚集有兩種方法：一種是添加界面活性劑，界面活性劑會形成微胞包圍奈米金屬，使其在溶液中呈膠體狀態(tài)存在，但界面活性劑有時會干擾反應(yīng)。另一種方法是添加較大顆粒的惰性物質(zhì)
4、如氧化鋁等，奈米金屬會粘附在固體氧化鋁上，而不會自己聚集成一團，且輕微的攪拌會帶動氧化鋁的流動，而增加流體與觸媒的接觸機會，所以可避免外界質(zhì)傳的限制，更能使回收奈米金屬變得容易。目前工業(yè)用的貴重金屬觸媒都是支撐在載體上的奈米金屬觸媒這一類。常用的載體包括氧化鋁、氧化矽、活性碳、石墨、沸石等，載體的存在可使金屬保持高度的分散。金屬氧化物如：二氧化欽製備成奈米級，塗布在玻璃上為完全透明。二氧化欽可利用太陽光將油性物質(zhì)分解，因此使得灰塵不易粘附在玻璃上，保持玻璃乾淨。另將二氧化欽塗布在浴室的衛(wèi)浴設(shè)備上，可達到清除異味與殺菌的效果，塗布在高速公路的隔音牆上也可
5、有效分解碳氫化合物(包含油污)。它也可作為氮氧化合物(NO』與氧反應(yīng)變成硝酸(HNO5)的觸媒，而達到減少氮氧化合物的效果。三、奈米金JB之製備常用的奈米粒子之製備方法約可分為三大類門,第一類為利用高能量雷射將大塊的塊材打成奈米尺度之粒子，稱為雷射消熔法(laserablationmethod)；第二類為金屬藉由原子化法氣化成氣態(tài)原子，再控制其冷凝過程使其聚集成奈米尺度之固態(tài)粒子，稱為金屬氣相合成法用化學(xué)方法還原成奈米尺度之金(metalvaporsynthesismethod)；第三類為溶液系統(tǒng)或吸附在固體模板上之氧化態(tài)金屬離子，利,稱為化學(xué)還原法(
6、chemicalreductionmethod),此方法為目前最常使用的奈米金屬觸媒的製備方式。、奈米IE(Palladium)金IB之應(yīng)用著半導(dǎo)體工業(yè)、精細化工和光電纖維工業(yè)的發(fā)展，產(chǎn)生了對高純度氫氣的需求。近年來，氫氣更是大量在石化工業(yè)、燃料及電子半導(dǎo)體業(yè)上所不可缺少的一項原料，因此21世紀更被稱為氫經(jīng)濟時代(HydrogenEconomy)]"]。但是目前工業(yè)上各種製氫方法所得到的氫氣純度不高，為滿足工業(yè)上對高純氫的需求,必須對氫氣進行進一步的純化?？@密性鉅膜可應(yīng)用於氫氣分離及純化，由於靶原子的4d層缺少2個電子，表面具有較強的吸氫能力，能使氫分
7、子解離成氫原子，當氫原子溶解於鈿中時，進而形成氫化鉅之固體溶液，藉由氫氣濃度差異而能擴散通過鉅膜。而在同樣條件下鉅合金對於其他氣體的滲透率可以忽略不計，因此能利用鉅薄膜吸氫特性來分離及製備高純度的氫氣門。氫氣在鈿膜中的傳送機制是溶解■擴散機制(solution-diffusionmechanism)(示意圖如圖2),其主要步驟如下門：HydrogenmoleculesMetalmembrane5?Desorption2氫氣透過緻密鉅金屬膜之溶解-擴散機制示意圖[v]I.氫分子擴散至鉅合金膜表面進行可逆解離之化學(xué)吸附(reversibledissocia
8、tivechemisorption),亦即氫分子解離為氫原子2.氫原子可逆性溶入(revers
