【正文】 。納米材料的應(yīng)用涉及到各個領(lǐng)域，在機械、電子、光學、磁學、化學和生物學領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。納米科學技術(shù)的誕生，將對人類社會產(chǎn)生深遠的影響，并有可能從根本上解決人類面臨的許多問題，特別是能源、人類健康和環(huán)境保護等重大問題?！娟P(guān)鍵字】納米材料；納米技術(shù)；納米材料在制氫中的作用；應(yīng)用；前景【正文】0、引言：有人曾經(jīng)預(yù)測在21世紀納米技術(shù)將成為超過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和基因技術(shù)的“決定性技術(shù)”，由此納米材料將成為最有前途的材料。世界各國相繼投入巨資進行研究，美國從2000年啟動了國家納米計劃，國際納米結(jié)構(gòu)材料會議自1992年以來每兩年召開一次，與納米技術(shù)有關(guān)的國際期刊也很多。世界各國正在爭搶納米技術(shù)領(lǐng)域的制高點，使自己在納米材料領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位。納米材料1．1納米材料的定義隨著納米材料也來越廣泛的應(yīng)用，納米材料已經(jīng)進入人們的生活，納米材料正在被許多人熟知，很多人都逐漸地知道了納米材料，了解它是一種高分子材料，然而卻很少有人知道納米材料的定義，對它的本質(zhì)不了解。納米(nm)和米、微米等單位一樣，是一種長度單位，一納米等于十的負九次方米，約比化學鍵長大一個數(shù)量級。納米材料的定義是指三維空間尺度至少有一維處于納米量級(1100nm)的材料，它是由尺寸介于原子、分子和宏觀體系之間的納米粒子所組成的新一代材料。由于其組成單元的尺度小，界面占用相當大的成分。因此，納米材料具有多種特點，這就導(dǎo)致由納米微粒構(gòu)成的體系出現(xiàn)了不同于通常的大塊宏觀材料體系的許多特殊性質(zhì)。納米體系使人們認識自然又進入一個新的層次，它是聯(lián)系原子、分子和宏觀體系的中間環(huán)節(jié)，是人們過去從未探索過的新領(lǐng)域，實際上由納米粒子組成的材料向宏觀體系演變過程中，在結(jié)構(gòu)上有序度的變化，在狀態(tài)上的非平衡性質(zhì)，使體系的性質(zhì)產(chǎn)生很大的差別，對納米材料的研究將使人們從微觀到宏觀的過渡有更深入的認識。1．2納米材料的分類（1）按維數(shù)或結(jié)構(gòu)來分，納米材料的基本單元可以分為四類：零維納米材料；一維納米材料；二維納米材料；三維納米材料。（2）按材料物性劃分，納米材料可分為：納米半導(dǎo)體；納米磁性材料；納米非線性光學材料；納米鐵電體；納米熱電材料；納米光電材料；納米超導(dǎo)材料。（3）按應(yīng)用劃分，納米材料又可分為：納米電子材料；納米光電子材料；納米生物醫(yī)藥材料；納米敏感材料；納米儲能材料。（4）按應(yīng)用劃分，納米材料又可分為：納米電子材料；納米光電子材料；納米生物醫(yī)藥材料；納米敏感材料；儲能材料。（5）按化學組分劃分，納米材料可劃分為：納米金屬；納米晶體；納米陶瓷；納米玻璃；納米高分子；納米復(fù)合材料。納米科技納米技術(shù)是當今世界最有前途的決定性技術(shù)。納米技術(shù)在世界各國尚處于萌芽階段，美、日、德等少數(shù)國家，雖然已經(jīng)初具基礎(chǔ)，但是尚在研究之中，新理論和技術(shù)的出現(xiàn)仍然方興未艾。我國已努力趕上先進國家水平，研究隊伍也在日漸壯大。納米科技是20世紀80年代末誕生并正在崛起的新科技，~ 100 nm尺度空間內(nèi)，研究電子、原子和分子運動規(guī)律和特性的高技術(shù)學科。其涵義是人類在納米尺寸（109107m）范圍內(nèi)認識和改造自然，最終目標是通過直接操縱和安排原子、分子而創(chuàng)造特定功能的新物質(zhì)。納米科技是現(xiàn)代物理學與先進工程技術(shù)相結(jié)合的基礎(chǔ)上誕生的，是一門基礎(chǔ)研究與應(yīng)用研究緊密聯(lián)系的新興科學技術(shù)。其中納米材料是納米科技的重要組成部分。納米材料在制氫中的應(yīng)用 納米材料在許多領(lǐng)域正在發(fā)揮其特性，例如納米技術(shù)在陶瓷領(lǐng)域方面的應(yīng)用、納米技術(shù)在微電子學上的應(yīng)用、納米技術(shù)在生物工程上的應(yīng)用、納米技術(shù)在光電領(lǐng)域的應(yīng)用、納米技術(shù)在化工領(lǐng)域的應(yīng)用、納米技術(shù)在醫(yī)學上的應(yīng)用、納米技術(shù)在分子組裝方面的應(yīng)用，由此可見，納米材料正在各個領(lǐng)域發(fā)揮其特性優(yōu)勢，在改變一些產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。同樣，納米材料在制氫中也發(fā)揮了它的特點，從而改變了一些傳統(tǒng)的制氫工藝，使制氫產(chǎn)業(yè)得到迅猛的發(fā)展。隨著社會的發(fā)展，能源消耗越來越多，在不久的將來，我們將面臨著嚴重的能源危機，世界各國都在尋找一種清潔能源，從而來取代現(xiàn)在的能源，并在尋找生產(chǎn)這種能源的最佳方法。氫氣被公認為未來理想的能源，因而如何把生產(chǎn)氫能工業(yè)化、產(chǎn)量化便成了各國解決能源危機的途徑，于是各國在積極尋找制氫的最佳方法。目前的主要一些制氫方法是生物制氫、化學制氫、納米材料制氫等，其中使用碳納米材料作催化劑來制氫是目前比較先進和常用的的一種制氫方法。碳納米材料（包括零維、一維、二維碳納米材料以及碳納米孔材料）是一類新型的催化劑或催化劑載體材料，在氧化脫氫、選擇加氫、合成氨、氨分解制氫以及燃料電池等多相催化領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。 下面舉一例進行說明。半導(dǎo)體光解水制氫是一種新型的具有低成本和環(huán)境友好等優(yōu)點的方法,對未來制氫工業(yè)具有重要的意義。半導(dǎo)體TiO_2相對于其它半導(dǎo)體具有穩(wěn)定、耐腐蝕、環(huán)境友好等優(yōu)點。但以TiO_2為半導(dǎo)體利用太陽能進行光解水制氫時,因TiO_2只能吸收占地表太陽光能量僅4%左右的紫外光,而不能吸收地表太陽光中的主要成分可見光,因此,對太陽能的利用效率非常低。當以自制的納米TiO_2負載Pt并用酞菁染料敏化得到的產(chǎn)物為可見光催化劑,進行了光催化分解水制氫的研究,并成功實現(xiàn)了可見光分解水制氫。采用溶膠凝膠法(SG)以鈦酸四丁酯作為前驅(qū)物,乙醇作為溶劑以及硝酸作為抑制劑制取納米TiO_2。探討了鈦酸四丁酯的濃度和陳化時間等制備工藝條件對TiO_2粒徑的影響。結(jié)果表明,在室溫環(huán)境下,最佳的制備工藝條件為鈦酸四丁酯:水:硝酸:乙醇的質(zhì)量比為8: 25: 3: 44,攪拌時間為5小時,陳化時間為3天,所得到納米TiO_2溶膠的平均粒徑約在10nm以下,粒徑分布在5～40nm。對制得的TiO_2粉體進行了X射線衍射(XRD)和掃描電子顯微鏡(SEM)表征。結(jié)果表明,TiO_2粉體粒徑處在納米級,為單一的銳鈦礦型, nm。將自制的銳鈦礦型TiO_2進行Pt負載得到了Pt/TiO_2,用酞菁銅四磺酸四鈉敏化Pt/TiO_2得到光催化劑CuPc(SO_3Na)_4/Pt/TiO_2。對Pt/TiO_2進行XPS表征,結(jié)果表明分散于TiO_2表面的Pt晶粒是以Pt0價態(tài)存在。對Pt/TiO_2和CuPc(SO_3Na)_4/Pt/TiO_2進行了X射線衍射分析(XRD)和掃描電子顯微鏡分析(SEM),結(jié)果表明,TiO_2經(jīng)負載Pt、焙燒、染料敏化、烘干等過程晶型無變化。TiO_2經(jīng)負載Pt、焙燒過程后,晶胞粒徑增大,。Pt/TiO_2經(jīng)染料敏化、烘干過程后,TiO_2的晶胞粒徑幾乎沒變。對TiO_2和CuPc(SO_3Na)_4/Pt/TiO_2粒子進行DRS表征,結(jié)果表明TiO_2粒子吸收光的范圍在300～400nm,主要在紫外光區(qū),在可見光區(qū)幾乎沒有吸收,而CuPc(SO_3Na)_4/Pt/TiO_2在600～700nm的可見光范圍內(nèi)存在明顯的吸收,表明酞菁銅四磺酸四納敏化能有效將TiO_2的吸收光譜拓展至可見光區(qū)。以CuPc(SO_3Na)_4/Pt/TiO_2為光催化劑,在可見光源下進行了光解水制氫反應(yīng)性能的研究,探討了光催化劑、Pt負載、染料以及給電子體用量等因素對產(chǎn)氫速率的影響。結(jié)果表明,%%, mol/L,光解水產(chǎn)氫速率最高,。這是酞菁染料敏化納米TiO_2光解水制氫的研究。納米材料的特性既不同于原子，又不同于結(jié)晶體，可以說它是一種不同于本體材料的新材料，其物理化學性質(zhì)與塊體材料有明顯差異。主要表現(xiàn)在：納米材料性能表現(xiàn)出強烈的尺寸依賴性 當粒子尺寸減小到納米級的某一尺寸時，則材料的物性會發(fā)生突變，與同組分的常規(guī)材料的性能完全不同，且同類材料的不同性能有不同的臨界尺寸，對同一性能，不同材料相應(yīng)的臨界尺寸也有差異，所以當物質(zhì)的粒子尺寸達到納米數(shù)量級時，將會表現(xiàn)出優(yōu)于同組分的晶態(tài)或非晶態(tài)的性質(zhì)。納米材料的量子尺寸效應(yīng)使納米材料具有：高度光學非線性；特異性催化和光催化性；強氧化性與強還原性。用這一特性可制得光催化劑、強氧化劑與強還原劑。這也決定的納米材料具有催化劑的優(yōu)勢和特點。納米材料的發(fā)展前景納米科學是一門將基礎(chǔ)科學和應(yīng)用科學集于一體的新興科學，主要包括納米電子學、納米材料學和納米生物學等。21世紀將是納米技術(shù)的時代。納米材料的應(yīng)用涉及到各個領(lǐng)域，在機械、電子、光學、磁學、化學和生物學領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。納米科學技術(shù)的誕生，將對人類社會產(chǎn)生深遠的影響，并有可能從根本上解決人類面臨的許多問題，特別是能源、人類健康和環(huán)境保護等重大問題。21世紀初的主要任務(wù)是依據(jù)納米材料各種新穎的物理和化學特性，設(shè)計出各種新型的材料和器件。通過納米材料科學技術(shù)對傳統(tǒng)產(chǎn)品的改性，增加其高科技含量以及發(fā)展納米結(jié)構(gòu)的新型產(chǎn)品，目前已出現(xiàn)可喜的苗頭，具備了形成21世紀經(jīng)濟新增長點的基礎(chǔ)。納米材料將成為材料科學領(lǐng)域一個大放異彩的明星展現(xiàn)在新材料、能源、信息等各個領(lǐng)域，發(fā)揮舉足輕重的作用。隨著其制備和改性技術(shù)的不斷發(fā)展，納米材料在精細化工和醫(yī)藥生產(chǎn)等諸多領(lǐng)域會得到日益廣泛的應(yīng)用。參考文獻[1] 薛增泉．納米科技探索[M] ．北京：清華大學出版社， [2] 崔錚．微納米加工技術(shù)及其應(yīng)用M] ．北京：高等教育出版社， [3] 劉吉平，郝向東．納米科學與技術(shù)[M] ．北京：高等教育出版社，2002 [4] 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energy, human health and the environment protection and other major issues.【 Key Words】 nanomaterials。nanotechnology。nanomaterials in the role of hydrogen。application。prospect