纳米化学论文范文

小编精心整理了《纳米化学论文范文(精选3篇)》，仅供参考，希望能够帮助到大家。摘要:“纳米材料化学”是江苏大学材料学院无机非金属专业大四学生的一门选修课,该门课程采用了双语教学。针对“纳米材料化学”课程双语教学中存在的系列问题,本文作者结合工作实践,就双语教学的教材选择、内容组织、教学手段和教学语言的运用等环节展开了深入探讨。

第一篇：纳米化学论文范文

新型二维纳米材料在电化学领域的应用

摘 要：很多人对新型二维纳米材料还很陌生，它是指在同一维度上尺寸在0.1～100nm，而在其他两个维度可以无限延伸的新型材料。新型二维纳米材料最具代表性的是石墨烯，石墨烯拥有独特的机构以及良好的电子特性，并且其在电化学领域的潜能是十分巨大的。本文主要阐述了新型二维纳米材料在电化学领域的应用及研究现状。

关键词：新型二维纳米材料 电化学 应用

随着科技的发展，到目前为止新型纳米材料以及发展到将近30种。按照材料组成和结构分类，可将现阶段二维纳米材料分为五类：金属化合物类、单质类、无机化合物类、有机框架类、盐类。新型二维纳米材料具有独特的性能其在电化学领域的极高应用，本文主要分析了新型二维纳米材料在电化学各领域的研究情况及相关应用。

1 新型二维纳米材料在电化学能源存储领域应用

1.1 锂离子电池领域应用

锂离子电池与传统电池相比具有高工作电压、高能量密度、高功率密度、低放电速率等优点，它现在已在众多领域被应用。随着科技的发展，各行业对锂离子电池的需求也在增长，为了推动社会更快地发展，要求我们要研发出更先进的锂离子电池。新型二维纳米材料具有更为丰富的充足的吸附位点和更短Li+扩散路径，它在锂离子电池的研究创新中具有广阔前景。

目前研究的应用锂离子电池中的二维纳米材料主要有以下几种：第一类是石墨烯，其研究较为广泛，其优点是具有较好的导电性及大的比表面积，它作为锂离子电池负极材料能够提供较高的比容量、倍率特性及循环性能;第二类是 TMDs，TMDs具有类石墨烯的层状结构，剥离简单，有助于Li+在电极中的扩散，但由于 TMDs材料存在导电性差问题，在应用中往往是结合导电材料来提高其电化学性能;第三类是二维过渡金属碳化物，其具有低的工作电压、金属导电性、窄的扩散层，在锂离子电池中拥有良好的倍率性能，但MXenes材料容易堆成，其作为锂离子电池电极时容易引发结构崩塌，所以在应用中其常与其他材料复合来提高其电化学性能;第四类是四甲氧基硅烷简称TMOs，TMOs拥有多种电化学反应活性位点及较短的Li+扩散路径，其缺点就是单独二维纳米片不能堆叠降低了活性比表面积，但可通过导电碳材料与其复合解决此问题。

1.2 超级电容器领域应用

超级电容器别名为电化学电容器，其特点是充电时间段、功率密度高、寿命长、绿色环保等。超级电容器按照能源储存机制不同划分为两类：基于离子吸附的双电层电容器和基于电极表面的氧化还原反应的赝电容电容器。但现在超级电器发展还有一定困难如生产成本高、能量密度低等。新型二维纳米材料有助于超级电容器研究创新，因为纳米材料的原子层厚度和大比表面积使其具有更多电化学活性位点，这有有利于电化学反应及电子传递，同时纳米材料还具有伸展性、透明性、稳定性等特点，这些特点也满足了部分超级电容器需要。

现在应用在超级容器领域的新型二维纳米材料主要有石墨烯：但经过试验石墨烯容量低于理论值，现在提高石墨烯电容的方法包括组装3D结构、片层活化等，由于石墨烯具有独特的柔韧性，所以其常常被用于可穿戴电容器上。还有其他的二维纳米材料在超级电容中都有研究如二维过渡金属碳化、TMDs、TMOs、MOF、石墨块等。电容器件的发展方向是微型化和可穿戴化，新型二维纳米材料具有加强的电化学性能和高机械强度，这些特性促进了新型二维纳米材料在超级电容器领域的应用。

2 新型二维纳米材料在电化学传感器领域应用

(1)电化学传感器具有成本低、效率高、操作简单、灵敏度高等优点，现已被应用到食品、医学、环境等多个领域。电化学传感的应用原理是电极表面物质与被检测物质二者间的电子传递产生电信号，这对电极材料要求要具有高导电率和高活性位。新型二维纳米材料具有厚度薄、高导电性、丰富的表面活性位点等特点，所以其在电化学传感领域拥有极大潜能。

(2)光电抗氧化检测。人类为什么会生病呢?这就与人体内的氧化活性物质有关，现在人类疾病呈现复杂化的情况，寻找到检测食物中抗氧化剂含量的方法具有重大意义。新型光电抗氧化检测具有高效、简单、准确等特点，目前通过新型二维纳米材料用作光电检测材料，并通过实验成功的检测到茶水中抗氧化检测。

二维纳米材料能够实现光和电的一起反应，可有效检测出抗氧化剂含量。目前，光电化学催化剂由于它固有带隙不能适合全部的抗氧化剂，所以通过合理的易原子掺杂等方法来调控其能带是实现光电化学传感器响应快捷的核心。

3 新型二维纳米材料在电催化领域的应用

3.1 电催化析氧

电催化析氧简称OER，它是燃料电池、电解水等新型可持续能源体系中反应的核心。科学家在研究发现二氧化铱和氧化钌拥有良好的OER催化性能，但其弊端是价格昂贵限制了其发展，所以OER发展研究的方向就是研發高效、稳定的非金属基的催化剂。经过多年研究发现层状双金属氢氧化物(LDHs)具有大的层间比表面积、价格较低、制备方法简单等特点，其在OER中呈现出优良的性能。目前，研究发现NiFe-LDHs在OER中表现出了良好的稳定性和活跃性，但是NiFe-LDHs存在导电性较差而且容易聚集的特性，影响了活性位点的作用发挥，这就需要导电性更好的基底做支撑、硒化等，进而提高其催化活性。

二维LHDs和二维TMDs与贵金属基OER催化剂相比，具有成本低、合成方法简单等特点。现在过渡金属基催化剂在OER上的性能可与贵金属基催化剂相比美，其也将纳入高效的OER材料之列。还有其他的新型二维纳米材料也表现出高效的催化性能如MOF、CO3O4、Ni3N等材料。全电池电解水时，HER和OER必须在同一pH体系电解液中具有高催化活性，但是大部分HER催化剂仅能在酸性条件下呈现出高催化活性，但OER的高效催化剂在碱性条件下有效。所以，创新研究拥有更宽pH响应的高效HER、OER新型二维纳米材料催化剂是电池电水解的发展关键。

3.2 电催化析氢

氢气是一种清洁环保、可持续的能源载体，氢气自身具有极高的能量密度，它被世界公认为最具潜力替代传统燃料的选择之一。制氢的技术有很多种，其中电解水制氢(HER)技术是最受研究者关注的，因为该技术具有电解技术清洁环保、产出的氢质量好等优点。现在，最高效的电解水制氢的电催化剂是Pt基金属，但是由于Pt储备较少加上价格昂贵，大大的限制了Pt在HER的实际应用。基于此情况，迫使我们需要寻找到量大、价低、高效的电催化材料成为了HER发展的关键。现在非金属基的电催化剂中，原子层厚度的二维纳米材料能够暴露出更多的活性位点，其被广泛的应用到了HER研究中。经过多年研究发现，TMDs中MoS2具有与Pt基金属相近的氢键能而且价格较低，其目前成为HER研究较多的材料。虽然现在有很多新型二维纳米材料用于析氢放应，但是还没有发现一种适合替代贵金属催化剂，对HER可规模生产、环保节能、稳定性高、Ph响应范围宽的代替材料。

4 结语

新型二维纳米材料具有极高的比表面积、导电性能和优异的机械性能，已在多个领域内得到广泛应用实践，同时它也是电化学领域最理想的新型材料，目前对新型二维纳米材料在电化学领域的应用开展了大量的理论、实践研究，经过多年努力取得了显著效果，充分证明了新型二维纳米材料在电化学领域应用的无线前景，

参考文献

[1] 何静妍.银纳米材料的应用研究[J].化工管理，2018(2)： 152-153.

[2] 耿新乐，魏强.纳米材料的制备及其表征[J].化学世界，2017，58(12)：746-754.

[3] 高利芳，宋忠乾，孙中辉，等.新型二维纳米材料在电化学领域的应用与发展[J].应用化学，2018，35(3)：247-258.

作者：刘锐

第二篇：纳米材料化学的双语课程教学与实践

摘要: “纳米材料化学”是江苏大学材料学院无机非金属专业大四学生的一门选修课,该门课程采用了双语教学。针对 “纳米材料化学”课程双语教学中存在的系列问题,本文作者结合工作实践,就双语教学的教材选择、内容组织、教学手段和教学语言的运用等环节展开了深入探讨。

关键词: 纳米材料化学双语探索与实践

2001年8月,教育部印发了《关于加强高等学校本科教学工作提高教学质量的若干意见》,明确提出了关于加强“双语教学”的要求;2004年8月,教育部又颁布了《普通高等学校本科教学工作水平评估方案》,明确地将双语授课课程比例列入高校工作水平的考核指标。开展双语课教学,可以培养并激发学生对英语的学习兴趣和应用能力,改变学生学习外语而不能应用外语的弊端[1],是加快复合型国际化人才培养的重要举措。

鉴于此,我校在本科生教学中开展了多门专业课程的双语教学实践,“纳米材料化学”选修课是贯彻教育部相关文件精神的积极尝试。

1.教学前的准备

(1)双语教材的选择问题

纳米材料的研究是目前材料科学最活跃的学术领域之一,其研究成果日新月异。为了拓宽学生专业知识面和培养学生科研思维,教材内容应有足够的知识宽广性和学术新颖性,因此我们选择了Nanomaterials Chemistry:Recent Development and New DirectionsI[2](Wiley,2007)。这是一本全英文教材,它取材于近年来在各类国际知名期刊发表的科研论文,涵盖了纳米材料化学领域最新最前沿的研究成果。考虑到学生的专业英语基础较为薄弱,为了帮助他们克服畏惧情绪、树立学习英文教材的信心,根据英文原版教材的章节内容,我们推荐了一些中文参考书,如《纳米材料化学》(汪信,化学工业出版社,2006)、《表面活性剂与纳米技术》(李玲,化学工业出版社,2004)、《纳米材料的制备与应用技术》(李群,化学工业出版社,2008)和《纳米材料理化特性与应用》(倪星元,化学工业出版社,2006)等。

(2)教学内容的安排

鉴于“纳米材料化学”定位为选修课,课时量少,不可能在该领域各个分支上进行深入探讨,教学内容必须有所取舍、有所侧重。在教学过程中,我们重点介绍了该书前四章,内容包括纳米材料科学概述、各种类型的纳米材料的通用化学制备方法、纳米材料的物理化学特性和纳米材料的广泛应用领域等;而对该书的后续章节进行了适当的处理,将Peptide Nanomaterials和Dendrimers And Their Use As Nanoscale Sensors两章揉合到纳米材料制备、组装甚至表面改性中,将Surface Plasmon Resonances in Nanostructured Materials一章中重点内容穿插进纳米材料独特的光学特性一节中,而将Applications Of Nanostructured Hybrid Materials For Supercapacitors归并到了纳米材料的电子学应用领域一节中,剩下的章节专业性较强、难度较大,可以作为学有余力的学生的课外科技读物。

(3)备课指导思想

我们立足于英文原版教材,辅以中文参考书,按照中文教材的风格和我们惯用的思维方式对双语课教学内容进行了二次梳理和组织。“纳米材料化学”双语课的课程性质是材料类的专业选修课而不是英语辅导课,具有其本身的专业性和知识的系统性[3],我们不能仅仅考虑术语的英文表达和语法结构,而应着重考虑教学内容的组织、学科知识和研究方法的传授,以及学生专业知识体系的拓展。

总之,双语教学的目的就是培养学生善于利用英语作为获取纳米材料化学专业知识的工具。

2.课程的教学实施

(1)开课时间的选择

从专业知识的角度来讲,材料科学导论、有机化学、材料物理性能和材料测试技术等学科知识是研究纳米材料化学的基础,从而上述课程是纳米材料化学的先修课程。另外,为了保证教学效果,学生必须具备一定的英语词汇量和英文听说能力。我们选择在大四上学期开设这门选修课。此时学生经过前三年的专业基础课学习,基本构建起了专业知识体系,积累了足够的英语词汇,也达到了一定的英语综合水平,这时候开展双语教学容易收到良好的效果。

(2)教学手段的运用

纳米材料体系具有各异的形态和绚烂的色彩,而多媒体教学平台能以图片、视频甚至是音频来灵活直观地展示这个令人叹为观止的神秘世界。双语课多媒体课件制作的难点在于如何掌握好课件中英文语言的比例。实践发现,若采用全英文课件,学生因专业英语词汇基础较为薄弱,很难正确理解授课内容,容易产生畏惧心理。若始终采用中英文对照课件,课件将显得累赘臃肿,而且中英文的交替出现易使学生疲于在中英文句子中寻找对应词语的翻译,专业课演变成了翻译课,这样也就偏离了教学初衷。基于上述原因,在内容较为简单的教学初始阶段,我们采取中英文对照课件,以便学生尽快掌握基本的专业词汇。随着教学的进一步深入,我们逐步减少课件中的中文语言比例,仅在出现新的专业术语时附加中文注释。不过,多媒体教学不能完全取代传统的板书,比如纳米材料化学中涉及很多有机化学专业术语,由于幻灯片容量的限制,在多媒体课件上只能以甲乙丙丁、某醇某酸等命名法来展示,而通过板书可详细写出该物质的分子结构式,能更直观地向学生展示了该物质的组成方式,有益于学生理解反应过程、了解纳米材料制备原理。在课堂上现场回答学生提出的问题时,或在讲解分析学生的作业情况时,我们也需要采用板书的教学方式,以便更好地跟学生沟通。在教学过程中将板书与多媒体教学相结合,二者相得益彰。

(3)课件内容的组织

考虑到授课对象是大四学生,有些学生毕业后要参加工作,而有些学生则要继续深造,那么授课内容就应二者兼顾。在授课过程中,一方面我们介绍纳米材料化学在国内外产业中的应用,将学生的视野从传统的陶瓷、水泥、玻璃产业拓展到新兴的纳米材料产业,让学生对即将从事的工作领域有更全面的认识,另一方面我们也介绍纳米材料化学领域的发展趋势和新兴方向,以及国内外知名研究团队及其特色,培养学生在海量的科技文献中迅速捕捉到前沿科研动态的能力,为他们在报考研究生时选择科研方向提供一些有价值的参考信息。

(4)教学语言的使用

如果采用全英语讲授,学生会因专业英语能力较薄弱而一味关注英文表达,从而忽略课程本身要传达的专业知识,使得教学变成单纯的专业英语课程;但如果仅在多媒体课件上使用英语,而全采用中文教学,则基本没有英语氛围,难以培养学生用英文思考专业知识的能力,失去双语课教学的意义。可见,我们应该在课堂上把握好使用中英文的尺度。在课程刚开始,学生对专业术语还很陌生时,我们应以中文授课为主,有意识地向学生灌输专业词汇的构词方法,比如纳米材料中涉及的一些化学专业词汇,甲、乙、丙、丁等数字的词前缀表达方法,醇、醛、酮、胺、烷烃等词后缀的表达方式。由于专业词汇的词根重复频率较高,通过构词法的学习,学生能在较短时间内掌握基本的专业词汇,具备初步的专业文献的英文阅读理解能力。到了教学中后期,学生已经积累了一定量的专业英语词汇后,我们逐渐加大英文授课比例,用英语表述专业知识、解析专业词汇,只在重点和难点的教学时辅以中文解释,授课时应控制语速,做到有张有弛,给学生留有思考的时间[4]。

高校双语课的教学方法还处在探索当中,为了提高纳米材料化学双语课的教学质量,我们讲求师生互动,多与学生沟通,了解学生的学习需求和对教学的评价,根据反馈及时调整教学方法和教学内容。讲台不应是教师一个人的秀场,教学需要学生的积极参与,一些教学环节可通过以学生为主的研讨方式进行,促使学生积极、主动地利用搜索引擎和科技论文数据库查阅英文文献,引导学生掌握纳米材料化学研究和应用的新动态,为他们进入纳米领域工作和深造打下良好的基础。

纳米材料化学双语课更深层次的目的是营造双语气氛,提高学生的专业外语水平,增强学生的跨文化理解力,促使学生用外语思考并解决纳米科学领域问题的能力,增强学生的科研素养,为纳米材料化学研究培养新生力量和后备军。

参考文献:

[1]傅晶,黎俊波.大学有机化学实验双语教学的探索与实践[J].化学工程与装备,2007,7:232-233.

[2]Rao,C.N.R.Müler,A.and Cheetham,A.K.Nanomaterials Chemistry:Recent Development and New Directions[M].Berlin:Wiley-VCH Verlag GmbH & Co.KGaA,2007.

[3]张新明,牟占生,李宗荣.大学双语教学与公共英语教学、专业英语教学的关系浅析[J].科技信息,2007,1:5-6.

[4]杨儒贵.谈谈双语教学的课程和教材建设[J].北京大学学报,2007,5:278-279.

作者：宋 娟

第三篇：浅谈纳米技术在化学工业中的应用

摘 要：纳米技术的发明和运用对化学工业的发展有着重要意义，本文简要介绍了纳米科技在材料、生物技术、能源、环境等工业领域的应用。

关键词：纳米技术 材料 生物 能源 环境

人类对自然界的认识长期以来一直沿着宏观宇宙的大尺度和基本粒子的微观尺度两个方向发展。从20世纪中期开始，人们逐渐发现，介于宏观和微观之间的尺度——介观尺度也具有重要意义，它是一个人类远未深入了解的尺度范围，纳米科技就是处于这一介观世界中“纳米尺度”上的科学技术。

纳米科技是指在纳米尺度（1～100nm）上研究物质（包括原子、分子的操纵）的特性和相互作用，以及利用这些特性的多学科交叉的科学和技术。它使人类认识和改造物质世界的手段和能力延伸到原子和分子。纳米科技的最终目标是根据原子、分子及物质在纳米尺度上表现出来的新颖的物理、化学和生物学特性，制造出具有特定功能的产品。

一、纳米材料的应用

从材料的角度看，纳米技术是通过综合控制材料到纳米尺度，引起材料性能发生显著改变，从而用于制备特定功能的产品。纳米材料的光学、热学、电学、磁学、力学以及化学方面的性质和大块固体相比有显著的不同。

纳米材料大致可分为纳米粉体、纳米纤维、纳米薄膜、纳米块体等四类。

纳米粉体材料可用于高密度磁记录材料、防辐射材料、单晶硅和精密光学仪器抛光材料、先进的电池电极材料、太阳能电池材料、高效催化剂、各种药物制剂或药物载体等。纳米纤维可用于新型激光或发光二极管材料、高强度纤维（如碳纳米管）等。纳米薄膜可用于气体催化材料、光敏材料、平面显示器材料、超导材料等。纳米块体的主要用途为超高强度材料、智能金属材料等。

二、纳米生物技术的应用

纳米生物技术是纳米生物学的应用，即用先进的物理学、纳米科技手段研究生物学基本问题，特别是在单分子水平上研究生物大分子的结构、功能和相互作用；应用物理学定量的、大规模信息处理的思路和方法革新研究方法，开拓崭新的研究领域。如生物芯片、DNA计算机和生物信息学等等。纳米颗粒能用作医学诊断和治疗的工具，纳米生物技术的方法也用于发展具有多功能特性的新材料和新器件，如纳米生物传感器等。

三、纳米与能源

随着纳米技术的发展，高效率、低成本的太阳能发电将成为现实。

太阳能电池主要是以半导体材料为基础，其工作原理是利用光电材料吸收光能后发生的光电子转移反应。除了发展环保的可充电电池外，超级电容器作为一种新型的储能器件，具有无可替代的优越性。它储存电荷的能力强，并具有充放电速度快、效率高、对环境无污染、循环寿命长、使用温度范围宽、安全性高等特点。纳米材料应用于超级电容电极的研究，已经引起了越来越多的关注。以碳纳米管为例，它具有大的比表面积、导电性好、化学性能稳定，被认为是理想的超级电容电极材料。

四、纳米技术在环境问题中的应用

随着纳米材料和纳米技术的日益发展，纳米环保技术也迅速发展，不仅拓展了人类利用资源和保护环境的能力，而且为彻底改善环境和从源头上控制新的污染创造了条件。

纳米材料因具有超大的比表面积及表面原子活性高等特点，对各种有毒有害气体具有很高的吸附效率，通过表面修饰及掺杂等工艺，还可以获得对某些微量物质的特别高的选择吸附功能，可广泛用于空气净化和尾气排放无害化、水净化与污水排放无害化、电磁及噪声污染的有效控制、节能与资源的有效利用等领域。

利用纳米技术还可以制备非常好的催化剂，其催化效率极高。经它催化的石油中硫的含量小于0.01%，因而在燃煤中可加入纳米级助燃催化剂，以帮助煤充分燃烧，提高能源的利用率，防止有害气体的产生。纳米级催化剂用于汽车燃烧催化，有极强的氧化还原性能，使汽油燃烧时不再产生一氧化硫和氮氧化物，根本无需进行尾气净化处理。而各种纳米光催化氧化材料，可以利用光能降解有机物，抗菌除臭，在净化环境、保护健康方面起着越来越重要的作用。

纳米技术将不断发生变化，将大大拓展和深化人们对客观世界的认识，使人们能够在原子、分子水平上制造材料及器件，导致信息、材料、能源、环境、医疗与卫生、生物与农业等领域的技术革命。当然，纳米技术也与其他技术一样，对环境和社会有正负两方面的影响。任何一个新的化合物和产品在批准应用之前都必须进行全面鉴定，在工业化前要经过长期应用研究。当前用以评价这类产品的通用程序和方法将面临许多挑战。

（作者单位：南通广播电视大学）

作者：费海娟