纳米构效关系总结：纳米结构材料在电化学能源及环境光催化应用中的物化基础！

纳米材料是指材料的基本单位是三维的，至少一个维度的尺寸在1~100 nm的范围内。高效利用能源、生态友好的环境体系和技术在全球可持续发展中发挥着重要作用。这些多功能纳米结构材料(即纳米材料)具有优异的性能，可以满足能源开发和环境修复的实际需求。

能源和环境的可持续发展是当今世界人类社会的两大战略。随着全球经济的发展，人们对能源的需求日益增长，发展新能源势在必行；同时，在技术发展过程中加强环境保护和生态修复也是当务之急。纳米材料具有独特的力学、电学、磁学、光学、化学和催化等性能，为能源开发和环境保护开辟了新的研究和应用领域。目前，各种金属或非金属纳米材料在能源(能量存储和转换)和环境(环境保护)相关技术应用中发挥着重要作用。能源和环境应用通常涉及纳米材料的物理化学反应过程(例如，电化学反应、光化学反应或热化学反应)。

大多数纳米非金属材料(如碳、磷)和纳米金属材料(包括过渡金属、贵金属及其合金、氧化物、氮化物、碳化物、硫化物、磷化物等)。可增强上述反应过程中的反应或催化效率。阐明纳米材料的结构特征与其反应或催化活性之间的关系在能源开发和环境修复中具有重要意义。构效关系往往取决于纳米材料的表面性质和结构效应，如尺寸效应、电子效应、几何效应、尺寸效应、晶体效应、限制效应、界面效应、协同效应等。特别是，如何通过电子结构将这些效应与物理化学性质联系起来，是揭示纳米体系“构效关系”的根本途径。因此，深入了解纳米材料的物理化学基础，对于合理设计高效实用的纳米材料是非常重要的。这是纳米能源和环境科学领域的一个紧迫和核心的科学问题 (详见图1-1、图1-2、图1-3)。

图1-1纳米材料在能源和环境应用中的分类和结构效应。

图1-2 (A)纳米结构示意图: (A) 0D到3D纳米结构，(b)尺寸、(c)形态、(d)异质结、(d)空间排列的可变结构参数; (B)纳米结构示意图: (a-c)不同壳的空心纳米球，(d, e)多孔纳米笼，(f)纳米碗，(g-i)空心或多孔纳米线; (C)几何和电子结构示意图;(D)原子分散亚纳米结构示意图。

图1-3 (A)纳米结构光催化剂原理图; (B)纳米结构共催化剂示意图; (C)助催化剂尺寸减小示意图; (D)异质结电荷转移示意图;(E)异质结尺寸结构示意图。

纳米材料的合理设计、可控合成和宏观制备是其在能源和环境领域技术应用的前提。高效清洁的制备方法可以促进纳米技术的可持续发展。纳米材料的制备方法有很多种，一般这些方法可分为两类：（1）“自上而下”的方法（主要是物理方法，如行星球磨、机械破碎、激光烧蚀、超声波研磨等高能物理方法）和（2）“自下而上”的方法（主要是化学方法，如水热/溶剂热法， 共沉淀、溶胶-凝胶法、化学气相沉积（CVD）、电沉积法等）（详见图5-1）.

图5-1（A）纳米材料的制备方法，（B）纳米材料合成方法。

《纳米结构材料：能源与环境应用的物理化学基础》分为三个部分：第一部分是纳米材料的基础理论和物理化学基础(第1-6章)；第二部分是能源与环境应用简介(第7-18章)；第三部分是纳米材料的典型案例和进展(第19-32章)。这本书可以帮助研究人员和工业技术人员了解纳米材料的发展现状和具体应用，为学生选择和了解该领域的研究方向提供重要参考。

参考文献：ZESHENG LI and CHANDLIN YU (2023). NANOSTRUCTURED MATERIALS: Physicochemical Fundamentals for Energy And Environmental Applications. ELSEVIER-HEALTH SCIENCE.

ISBN:97804431925629 7 8 - 0 - 4 4 3 - 1 9 2 5 6 - 2

转自：“研之成理”微信公众号

如有侵权，请联系本站删除！