纳米材料在化学化工领域中的应用研究

　　摘 要：纳米材料，是指一种拥有特殊功能的新材料，其三维尺寸中至少一维低于100nm，并且其性质与其他块体材料存在差异。纳米材料的特殊结构层次使得其拥有表面效应、小尺寸效应以及宏观量子隧道效应。就当前纳米材料的应用领域来看，其在电子、能源、生物、航空等行业中都发挥着重大的作用。现文章主要针对纳米材料在化学化工领域中的应用进行研究。 

　　关键词：纳米材料；化学化工；应用领域 

　　自从纳米材料出现后，其在结构、光电、化学性质等各个领域实现广泛的应用。其凭借着独特的物理性质与化学性能在物理、化学、生物等领域的研究带来了的新的发展机遇。纳米材料的应用前景十分广阔，其在化学化工领域中有着十分重要的作用，并且能够推动化学化工领域的进步与发展。 

　　1 纳米材料及其特性 

　　纳米材料是一种在三维空间中至少有一维处于纳米尺度，或者由其作为基本结构的材料，其大致相当于10-100个原子紧密排列在一起的尺寸。纳米材料的特性主要包括以下几点：第一，表面效应。纳米材料的表面效应是指纳米粒子表面原子数与总原子数的比例值随着粒径变小而急剧增长后所导致的性质改变[1]。根据相关研究表示，伴随着粒子直径的缩短，避免原子个数的增长速度迅猛，而表面原子由于周围缺乏相邻原子，呈现不饱和性状态，强化了纳米粒子的化学活性，从而使得纳米材料能够在吸附、催化等作用上明显的优势。第二，小尺寸效应。小尺寸效应即为纳米粒子的粒径小于或等于超导态的相干波长时，其周期性的边界条件将被损害，从而使得纳米材料的化学性质、催化性质相对于其他材料来说有着明显的区别。小尺寸效应不单单显著扩展了纳米材料的物理与化学特性范围，并且大大拓展了其应用领域。第三，宏观量子隧道效应。该效应主要是指纳米粒子能穿越宏观系统的壁垒而出现变化的一种特征。这一效应对纳米材料的基础研究与实际应用都有着十分关键的作用。宏观量子隧道效应限制了磁盘对信息存储量的限制，明确了现代微电子元件微型化的极限。第四，量子尺寸效应。该效应主要是指纳米粒子尺寸持续减少到某一数值时，纳米能级周边的电子能级可以转变为分离能级粒[2]。这一效应使得纳米粒子拥有高水平的光学非线性、光催化性等特征。总的来说，纳米材料与其他材料不同，拥有众多与众不同的特性，这使得其在力学、磁学、热学等各个领域都拥有十分重要的应用价值，并给资源利用拓展了更大的空间。 

　　2 纳米材料在化学化工领域中的应用 

　　2.1 纳米材料在环保领域中的应用 

　　在治理空气污染、水体污染过程中环保是最为基础的要求。纳米材料可以在空气净化、污水处理中起到重要的作用。在空气净化方面纳米材料拥有十分广阔的发展空间，不单单是由于其拥有细微的颗粒尺寸，同时伴随着纳米微粒表面形态与粒径的大小有着密切的关系，粒径减少其表面会变得更加粗糙，从而出现凹凸不平的原子台阶。纳米材料与技术可以被用在汽车尾气超标报警器与净化设备中，显著降低有毒气体的排放量。另外，纳米材料还可以被用于石油提炼工业中的脱硫环节当中[3]。在污水处理方面，要实现污水处理中将有害物质、污染物质、细菌病毒等物质去除的目的，可以使用纳米材料与技术来污水中的贵金属提炼出来，开展循环利用。不论是水体中的有机、无机污染物均可以利用纳米微粒光催化作用来将其制造成为矿化物。 

　　2.2 纳米材料在涂料领域中的应用 

　　由于纳米材料的表面与结构存在一定的特殊性，拥有其他材料无可比拟的优势，显示出十分强大的活力。在化学化工领域中，表面涂层技术是关注的热点之一。纳米材料的出现给表面涂层技术的发展提供了基于。在使用传统涂层技术上应用纳米材料可以得到纳米复合体系涂层，使用该涂层可以达到质的飞跃与进步。在涂料中加入纳米材料可以进一步提升涂料的防护能力，从而达到防紫外线、防大气侵害等作用。例如，在建筑材料玻璃、涂料中加入纳米材料可以达到显著减少光透射以及热传递的效果，从而形成隔热的效用。又例如，在汽车装饰喷涂行业中纳米TiO2添加入汽车漆面中，可以使得汽车漆面形成一种有魅力的色彩效果。 

　　2.3 纳米材料在催化领域中的应用 

　　催化剂在众多化工领域中都占据着十分重要的地位，其能够控制反应时间、提升反应速度与效率，显著提升经济效益，减少对生态环境的污染。首先，光催化反应。纳米粒子作为光催化剂拥有粒径细、催化效率高等优势，十分容易利用光学手段来对界面的电荷转移进行等特点进行研究。例如，利用纳米TiO2应用在高速公路照明装置的玻璃罩面中，由于其拥有较高水平的光催化活性，能够对其表面的油污进行分解处理，从而保证其良好的透视性。又例如，在火箭发射所使用的固体燃料推进器中，如添加大约为1wt%的超细铝或镍颗粒，可以使得其燃烧使用率增加100%。将表面为180m2/g的碳纳米管直接应用在NO的催化还原中，从而可以增加NO的转化率。 

　　3 结束语 

　　纳米技术的出现给人类的生活与生产带来了重大的影响，其能够从根源上改善解决人类面临的众多问题。尤其是能源、人类健康与环境保护等问题。纳米技术探索的最终目的就是要实现纳米材料的应用化，用于改善人类的环境与生活状态，相信在不久的以后纳米材料将会在生产生活的更多领域中得到更加广泛的应用。纳米材料的应用将会成为新产品、新设计、新产品的支柱，为我国经济发展提供新的发展机遇。 

　　参考文献： 

　　[1]李延军.浅谈纳米新材料在化工领域中的应用[J].劳动保障世界（理论版），2013（04）：61-62. 

　　[2]刘华，翟江.纳米材料在化工生产领域中的应用[J].潍坊教育学院学报，2007（03）：37-38+50 . 

　　[3]蒋文，袁若.纳米材料在电化学生物传感器及生物电分析领域中的应用[J].分析测试学报，2011（11）：1200-1206.