内容简介
《金、银基合金体系纳米相图与性能》主要介绍了金、银及金、银基合金纳米颗粒的制备、表征、热力学性质、纳米相图、电化学性能和应用。《金、银基合金体系纳米相图与性能》共分十一章，主要内容包括贵金属纳米材料简介，纳米金、银及其纳米合金制备、熔化、热力学性质，石墨烯负载的纳米颗粒的电化学性能。
精彩书摘
第1章 贵金属纳米材料简介
纳米材料学是20世纪90年代初发展起来的一门多学科交叉的新兴学科。纳米（nanometer）是一个长度单位（用nm表示），1 nm等于10？9 m，相当于10个氢原子一个接一个排列起来的长度（氢原子是*小的原子、直径约为0.1 nm）。所谓纳米材料，广义上是指三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围或由它们作为基本单元构成的材料。纳米材料因为其小的尺寸、大的比表面积、量子尺寸效应而表现出与相应块体材料明显不同的光学、电学、磁学、热学、力学等物理性能和催化等化学性能，具有广阔的应用前景。伴随着纳米科学与技术的进步，人们研究开发了大量的包括半导体、金属或金属氧化物、碳纳米材料在内的纳米材料。本书主要关注贵金属纳米材料中的纳米金和银及其合金。本章简要介绍贵金属纳米材料的种类，以及金纳米材料和银纳米材料的制备和性能。
1.1 引言
贵金属包括金、银、铂、钯、钌、铑、锇和铱八种元素，是有色金属的重要组成部分。这类金属具有亮丽的金属光泽，在自然界的含量极为稀少且不易发生化学反应，因此被称为贵金属。贵金属良好的化学稳定性以及*特的性质，具有重要的应用价值，其深加工产品在电子、化工、医药、机械、能源、冶金、陶瓷、交通等几乎所有工业行业领域上有广泛的应用。所谓深加工，是将贵金属单质或其合金/化合物通过一系列的加工，使其物理或化学形态发生变化，成为更有使用价值的贵金属制品的过程。在贵金属的深加工产品中，贵金属纳米材料近几年备受人们关注。贵金属纳米材料是指运用纳米技术开发和生产的贵金属制品，得到尺寸在100 nm以下（或相应尺寸纳米相）的含有贵金属的新材料，这些新材料将贵金属特殊的理化性质与纳米材料的特殊性能相结合，在光学、电学、磁学、催化和力学等性质上表现出优异的性能，是纳米材料的重要组成部分，在分析传感、电化学催化、能源和光电等领域得到了广泛的应用。
贵金属纳米材料包括贵金属单质和合金/化合物纳米粉体材料、贵金属新型大分子纳米材料、贵金属膜材料等几大类。其中，贵金属单质和合金/化合物纳米粉体材料又可分为负载型和非负载型两类，是工业应用*多的贵金属纳米材料[1]。
非负载型贵金属纳米粉体材料包括银、金、钯和铂等贵金属的纳米粉体材料及氧化银等贵金属化合物纳米粉体材料两大类型，其国内外研究的重点和趋势是：①控制贵金属纳米颗粒的大小，实现粒径可控；②控制贵金属纳米颗粒的形貌，实现形貌可控；③加强应用和产业化研究，实现实验室小试结果放大到生产规模。
负载型贵金属纳米粉体材料是将贵金属及其合金的纳米颗粒负载到一定的多孔性载体上得到的复合物，也有人将它归入贵金属复合材料。它有两大明显优点：可以得到非常分散和均匀的贵金属及其合金的纳米粉体材料，有效地防止贵金属纳米颗粒团聚；生产过程比非负载型简单，技术指标容易控制。目前已有负载型Au、Ag、Pd、Pt、Rh和贵金属合金，以及贵金属与一些贱金属之间形成的合金的纳米粉体材料生产并在工业上得到应用。负载型贵金属纳米粉体材料尺寸小，比表面积很大，表面原子的键态和配位情况与颗粒内部原子有很大的差异，从而使贵金属表面的活性位置大大增加，具备作为催化剂的条件，同时，贵金属特有的化学稳定性，使贵金属在制成催化剂后具有良好的化学稳定性、活性和再生性。已实现产业化应用的负载型贵金属纳米粉体材料有Pd/C、Pt/C等催化剂[2]。
1.2 金纳米材料
1.2.1 金纳米材料概述
金的溶胶是有记载以来*早得到应用的贵金属纳米材料。
金作为*为典型的贵金属元素之一，由于可以通过控制颗粒的尺寸、形貌、结构以及组成使其外形“多变”而引起越来越多科研工作者的关注。近年来，在金纳米材料的形貌控制方面，研究人员已取得了很大的进展，人们已制备出金纳米球、金纳米棒、金纳米笼以及金纳米簇等多种形貌的金纳米材料。研究发现金纳米材料的物理化学性质与其颗粒的尺寸、形貌、结构密切相关，不同形貌的纳米结构可调节和优化材料的光电化学性质。金纳米材料因其特殊的光学、物理、化学、电学和生物学特性使其成为*常使用的一种纳米材料，是比色分析、生物传感器、光热传感器和成像等应用的理想候选材料。几十年来，科学家们一直在研究金纳米材料的可控制备，因为它们的特性和功能极其依赖于颗粒的形状和尺寸。同时，由于金纳米材料的可控制备、低毒性、高生物相容性、可调的光电特性和不复杂的表面修饰特性，其在生物医学和生物传感等诸多领域有着潜在的应用前景[3]。
贵金属纳米材料的许多物理化学性质具有特殊的尺寸依赖性。其中，金纳米材料由于在一些特定的界面上存在表面电子态，使其费米能级恰好位于能带结构沿该晶向的电子禁带之中，形成只能平行于表面方向运动的电子云，促使金纳米材料表现出特殊的表面效应、量子效应和宏观量子隧道效应等许多微观物理性质[4]。
1.2
目录
目录
序
前言
第1章 贵金属纳米材料简介 1
1.1 引言 1
1.2 金纳米材料 2
1.2.1 金纳米材料概述 2
1.2.2 金纳米材料的种类及制备方法 3
1.2.3 金纳米材料的性能与应用 7
1.3 银纳米材料 7
1.3.1 银纳米材料概述 7
1.3.2 银纳米材料的种类及制备方法 7
1.3.3 银纳米材料的性能及应用 8
参考文献 9
第2章 金纳米颗粒制备、熔化及热力学性质 11
2.1 金纳米颗粒制备与表征 11
2.1.1 胶体金纳米颗粒制备 11
2.1.2 金纳米颗粒的包覆与析出 12
2.1.3 金纳米颗粒表征 12
2.2 金纳米颗粒熔化特性测定 13
2.2.1 金纳米颗粒熔化实验测试方法 13
2.2.2 金纳米颗粒熔化实验测试结果 13
2.2.3 金纳米颗粒熔化实验与计算结果比较 14
2.3 金纳米颗粒热力学性质计算 15
2.3.1 金纳米颗粒热力学性质计算方法 15
2.3.2 金纳米颗粒热力学性质计算结果 16
参考文献 19
第3章 银纳米颗粒制备、熔化及热力学性质 21
3.1 银纳米颗粒制备与表征 21
3.1.1 银纳米颗粒的制备 21
3.1.2 银纳米颗粒表征 21
3.2 银纳米颗粒熔化特性测定 22
3.2.1 银纳米颗粒熔化实验测试方法 22
3.2.2 银纳米颗粒熔化实验测试结果 22
3.3 银纳米颗粒热力学性质 23
3.3.1 银纳米颗粒热力学性质计算方法 23
3.3.2 银纳米颗粒热力学性质计算结果 25
参考文献 28
第4章 金-铜纳米颗粒制备、熔化及热力学性质 30
4.1 金-铜纳米颗粒制备与表征 30
4.1.1 金-铜纳米颗粒制备原材料与设备 31
4.1.2 金-铜纳米颗粒制备方法 32
4.1.3 金-铜纳米颗粒表征设备 33
4.1.4 金-铜纳米颗粒表征 35
4.2 金-铜纳米颗粒熔化特性测定 40
4.2.1 金-铜纳米颗粒熔化实验设备 40
4.2.2 金-铜纳米颗粒熔化实验测试结果 40
4.3 金-铜纳米颗粒纳米相图与热力学性质 42
4.3.1 金-铜纳米颗粒纳米相图与热力学性质计算方法 43
4.3.2 金-铜纳米颗粒纳米相图 45
4.3.3 金-铜纳米颗粒热力学性质 48
参考文献 48
第5章 金-钴纳米颗粒制备、熔化及热力学性质 51
5.1 金-钴纳米颗粒制备与表征 52
5.1.1 金-钴纳米颗粒制备原材料与设备 53
5.1.2 金-钴纳米颗粒制备方法 53
5.1.3 金-钴纳米颗粒表征设备 55
5.1.4 金-钴纳米颗粒表征 57
5.2 金-钴纳米颗粒熔化特性测定 61
5.2.1 金-钴纳米颗粒熔化实验设备 61
5.2.2 金-钴纳米颗粒熔化实验测试方法 62
5.2.3 金-钴纳米颗粒熔化实验测试结果 62
5.3 金-钴纳米颗粒纳米相图与热力学性质 63
5.3.1 金-钴纳米颗粒纳米相图与热力学性质计算方法 64
5.3.2 金-钴纳米颗粒纳米相图 66
5.3.3 金-钴纳米颗粒热力学性质 70
参考文献 72
第6章 银-铜纳米颗粒制备、熔化及热力学性质 75
6.1 银-铜纳米颗粒制备与表征 75
6.1.1 银-铜纳米颗粒制备原材料与设备 75
6.1.2 银-铜纳米颗粒制备方法 76
6.1.3 银-铜纳米颗粒表征设备 78
6.1.4 银-铜纳米颗粒表征 79
6.2 银-铜纳米颗粒熔化特性测定 86
6.2.1 银-铜纳米颗粒熔化实验设备 86
6.2.2 银-铜纳米颗粒熔化实验测试结果 87
6.3 银-铜纳米颗粒纳米相图与热力学性质 88
6.3.1 银-铜纳米颗粒纳米相图与热力学性质计算方法 89
6.3.2 银-铜纳米颗粒纳米相图 94
6.3.3 银-铜纳米颗粒热力学性质 97
参考文献 101
第7章 银-钴纳米颗粒纳米相图与热力学性质 104
7.1 银-钴纳米颗粒纳米相图 105
7.1.1 银-钴纳米颗粒纳米相图与热力学性质计算方法 105
7.1.2 银-钴纳米颗粒体系表面张力、表面偏析及表面能计算 107
7.2 银-钴纳米颗粒热力学性质 111
7.2.1 热焓与混合焓 111
7.2.2 银-钴合金表面张力、表面偏析及表面能计算 112
参考文献 115
第8章 金-银纳米颗粒制备、熔化及热力学性质 118
8.1 金-银纳米颗粒制备与表征 119
8.1.1 金-银纳米颗粒制备原材料与设备 119
8.1.2 金-银纳米颗粒制备方法 120
8.1.3 金-银纳米颗粒表征设备 122
8.1.4 金-银纳米颗粒表征 125
8.2 金-银纳米颗粒熔化特性测定 126
8.2.1 金-银纳米颗粒熔化实验设备 126
8.2.2 金-银纳米颗粒熔化实验测试方法 127
8.2.3 金-银纳米颗粒熔化实验测试结果 127
8.3 金-银纳米颗粒纳米相图与热力学性质 129
8.3.1 金-银纳米颗粒纳米相图与热力学性质计算方法 129
8.3.2 金-银纳米颗粒纳米相图 1
试读
第1章 贵金属纳米材料简介
纳米材料学是20世纪90年代初发展起来的一门多学科交叉的新兴学科。纳米（nanometer）是一个长度单位（用nm表示），1 nm等于10？9 m，相当于10个氢原子一个接一个排列起来的长度（氢原子是*小的原子、直径约为0.1 nm）。所谓纳米材料，广义上是指三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围或由它们作为基本单元构成的材料。纳米材料因为其小的尺寸、大的比表面积、量子尺寸效应而表现出与相应块体材料明显不同的光学、电学、磁学、热学、力学等物理性能和催化等化学性能，具有广阔的应用前景。伴随着纳米科学与技术的进步，人们研究开发了大量的包括半导体、金属或金属氧化物、碳纳米材料在内的纳米材料。本书主要关注贵金属纳米材料中的纳米金和银及其合金。本章简要介绍贵金属纳米材料的种类，以及金纳米材料和银纳米材料的制备和性能。
1.1 引言
贵金属包括金、银、铂、钯、钌、铑、锇和铱八种元素，是有色金属的重要组成部分。这类金属具有亮丽的金属光泽，在自然界的含量极为稀少且不易发生化学反应，因此被称为贵金属。贵金属良好的化学稳定性以及*特的性质，具有重要的应用价值，其深加工产品在电子、化工、医药、机械、能源、冶金、陶瓷、交通等几乎所有工业行业领域上有广泛的应用。所谓深加工，是将贵金属单质或其合金/化合物通过一系列的加工，使其物理或化学形态发生变化，成为更有使用价值的贵金属制品的过程。在贵金属的深加工产品中，贵金属纳米材料近几年备受人们关注。贵金属纳米材料是指运用纳米技术开发和生产的贵金属制品，得到尺寸在100 nm以下（或相应尺寸纳米相）的含有贵金属的新材料，这些新材料将贵金属特殊的理化性质与纳米材料的特殊性能相结合，在光学、电学、磁学、催化和力学等性质上表现出优异的性能，是纳米材料的重要组成部分，在分析传感、电化学催化、能源和光电等领域得到了广泛的应用。
贵金属纳米材料包括贵金属单质和合金/化合物纳米粉体材料、贵金属新型大分子纳米材料、贵金属膜材料等几大类。其中，贵金属单质和合金/化合物纳米粉体材料又可分为负载型和非负载型两类，是工业应用*多的贵金属纳米材料[1]。
非负载型贵金属纳米粉体材料包括银、金、钯和铂等贵金属的纳米粉体材料及氧化银等贵金属化合物纳米粉体材料两大类型，其国内外研究的重点和趋势是：①控制贵金属纳米颗粒的大小，实现粒径可控；②控制贵金属纳米颗粒的形貌，实现形貌可控；③加强应用和产业化研究，实现实验室小试结果放大到生产规模。
负载型贵金属纳米粉体材料是将贵金属及其合金的纳米颗粒负载到一定的多孔性载体上得到的复合物，也有人将它归入贵金属复合材料。它有两大明显优点：可以得到非常分散和均匀的贵金属及其合金的纳米粉体材料，有效地防止贵金属纳米颗粒团聚；生产过程比非负载型简单，技术指标容易控制。目前已有负载型Au、Ag、Pd、Pt、Rh和贵金属合金，以及贵金属与一些贱金属之间形成的合金的纳米粉体材料生产并在工业上得到应用。负载型贵金属纳米粉体材料尺寸小，比表面积很大，表面原子的键态和配位情况与颗粒内部原子有很大的差异，从而使贵金属表面的活性位置大大增加，具备作为催化剂的条件，同时，贵金属特有的化学稳定性，使贵金属在制成催化剂后具有良好的化学稳定性、活性和再生性。已实现产业化应用的负载型贵金属纳米粉体材料有Pd/C、Pt/C等催化剂[2]。
1.2 金纳米材料
1.2.1 金纳米材料概述
金的溶胶是有记载以来*早得到应用的贵金属纳米材料。
金作为*为典型的贵金属元素之一，由于可以通过控制颗粒的尺寸、形貌、结构以及组成使其外形“多变”而引起越来越多科研工作者的关注。近年来，在金纳米材料的形貌控制方面，研究人员已取得了很大的进展，人们已制备出金纳米球、金纳米棒、金纳米笼以及金纳米簇等多种形貌的金纳米材料。研究发现金纳米材料的物理化学性质与其颗粒的尺寸、形貌、结构密切相关，不同形貌的纳米结构可调节和优化材料的光电化学性质。金纳米材料因其特殊的光学、物理、化学、电学和生物学特性使其成为*常使用的一种纳米材料，是比色分析、生物传感器、光热传感器和成像等应用的理想候选材料。几十年来，科学家们一直在研究金纳米材料的可控制备，因为它们的特性和功能极其依赖于颗粒的形状和尺寸。同时，由于金纳米材料的可控制备、低毒性、高生物相容性、可调的光电特性和不复杂的表面修饰特性，其在生物医学和生物传感等诸多领域有着潜在的应用前景[3]。
贵金属纳米材料的许多物理化学性质具有特殊的尺寸依赖性。其中，金纳米材料由于在一些特定的界面上存在表面电子态，使其费米能级恰好位于能带结构沿该晶向的电子禁带之中，形成只能平行于表面方向运动的电子云，促使金纳米材料表现出特殊的表面效应、量子效应和宏观量子隧道效应等许多微观物理性质[4]。
1.2
