Post on 08-Feb-2016
description
transcript
Catalizatori
SUPRAFAŢAN
A
N
O
C
H
I
M
I
E
SUPRAFAŢA = Loc care separă substanţe diferiteDe ce nu poate fi neglijată pentru nanomateriale ?
Model atomistic al unui cristal în creştere:
rP 2
2 lln
Diametrul nanocristalului (nm)
% d
e at
omi p
e su
praf
aţă
PbS
Energia de suprafaţă creşte cu den-sitatea legăturilor libere, determinatede compoziţia suprafeţei, de rugozitateşi de curbură.
Energia de suprafaţă poate fi redusă prin modificarea chimică a suprafeţei.
–OH + CH3OSiR3 –OSiR3 + CH3OH
Atomii de la suprafaţă suntsupuşi unei presiuni care de-pinde de energia de suprafaţăşi de curbura suprafeţei.
Perovskitul feroelectric tetragonal, BaTiO3,suferă reconstrucţia suprafeţei către faza cubicăparaelectrică. Soluţiile solide suferă segregarea suprafeţei,rezultând nanoparticule de tip nucleu-coroană,cu faze separate.
SUPRAFAŢAN
A
N
O
C
H
I
M
I
E
Sistemele evoluează spre reducerea energiei libere.Suprafeţele sunt dinamice, interacţionând cu mediul.
CUM ?
Nanocristal cavitar şi efecte de suprafaţă
FAŢETARENanocristale cu forme şi funcţii diferite
ADSORBŢIEImpurităţi
Polielectroliţi
RECONSTRUCŢIA SUPRAFEŢEI Solubilitate diferenţiatăpe suprafeţe convexe şi concave
INCLUZIUNEAUTOASAMBLARE
FUNCŢIONALIZAREA SUPRAFEŢEIPasivare
SUPRAFAŢAN
A
N
O
C
H
I
M
I
E
AUTOASAMBLARE = asamblare spontană sau direcţionată a unor blocuri de construcţie în arhitecturi funcţionale
Super-reţea de nanocristale de PbS Aranjament de pseudo-lichid cristalin al unor bastonaşe de Bi2S3
Nanomaterialele au suprafeţe specifice de cca 100 – 1000 m2/g
Nanochimia este şi o ştiinţă a nanogolurilor- zero-dimensionale (nanocristale cavitare)- mono-dimensionale (nanotuburi, materiale mezoporoase)- bidimensio-nale (sisteme de straturi)- tridimensionale (cristale coloidale).
Senzori, Cataliză, Reacţii controlate de difuzie
Modificarea suprafeţelor nanomaterialelor afectează şi proprietăţile materialului interior Conducţia nanofirelor de siliciu – adsorbţie: pH-metru, întrerupător de lumină, detecţie virusuri
MĂRIMEAN
A
N
O
C
H
I
M
I
E
„Toată lumea ştie ce nu se poate face, până când apare un naiv care nu ştie asta şi o face.” A. Einstein
Relaţii de mărime la scară logaritmicăScara nano: 10-9 şi 10-6 m (cca 10 – 10000 atomi)
Mezo-fenomene: = efecte „ciudate” - dependente de mărime - se manifestă între materialele macro (clasice) şi domeniul molecular (cuantic) când
lungimea caracteristică unei proprietăţi relevante este comparabilă cu lungimea obiectului
Raza Bohr a excitonului(2 – 200 nm)
afectează
proprietăţile electrice şi opticeale semiconductorilor
MĂRIMEA ESTE RELATIVĂ
FORMAN
A
N
O
C
H
I
M
I
E
Fenomenele pot fi analizate din exterior spre interior şi inversForma determină felul de interacţie a unui obiect cu alte obiecte.
Efecte independente de mărime
Funcţie determinatăde geometrie
Simetrie
SIMETRIA= proprietatea unui obiect
prin care un grup de transformări geometrice rigide nu modifică forma
Efectul formei asupra funcţiei
Simetria induce şi determină periodicitate de auto-asamblare
Mecanismul lacăt-cheie Exemple de auto-Transmisia mişcării de rotaţie asamblare
Auto-asamblarea blocurilor de construcţie cu scara nano este influenţată în principal de suprafaţa lor, de forma lor şi de omogenitatea mărimii lor
Bi-simetrieTri-simetrieTetra-simetrie
DEFECTEN
A
N
O
C
H
I
M
I
E
Funcţiile îndeplinite de nanoarhitecturi trebuie să poată toleradefecte intrinseci sau pot fi determinate de defecte extrinseci
Punctuale- vacanţe (atomi lipsă)
- impurităţi (atomi diferiţi)
Si dopat tip n sau tip p Liniaredizlocări de atomi
Influenţează proprietăţile mecanice ale metalelor (deformările plastice)
D E F E C T E
Doparea la scară nano este o adevărată provocare
De stivuirePlanuri lipsă sau dezlocuite
Mozaicitate – frontiere de grăunteConductibilitate ionică, proprietăţi mecanice
Clastere de defecteAnsambluri de defecte cu forme bine definite
Materiale dure
Suprafeţele nanostructurilor : reduc diferenţiat conducţia electricăşi conducţia căldurii
Materiale termoelectrice = dispozitive care expuse la un gradient de temperaturădezvoltă un potenţial, şi invers.
Catalizatorul de Pt