[发明专利]一种研究纳米材料标准摩尔熵的新方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米材料标准摩尔熵的研究，特别涉及一种将已知的块体材料标准摩尔熵作为参考标准，寻求纳米材料与对应块体材料标准摩尔熵的关系，从而获得纳米材料标准摩尔熵的方法。

背景技术

纳米材料的熵、焓、吉布斯自由能等规定热力学函数具有重要的科学意义和应用价值，而且是尺度和形貌的函数。如何通过实验获取纳米材料的规定热力学函数值，探索纳米热力学函数的尺度、取向(形貌)关系和演变规律，建立不同尺寸、不同取向(形貌)纳米材料的基础热力学数据标准，是“纳米材料热力学”研究的重要课题。当前对纳米材料热力学性质的研究十分欠缺，尤其是对纳米材料的熵、焓、吉布斯自由能等规定热力学函数值的研究。

丁家强等结合理论模型，通过分子动力学方法获得包括纳米铁晶体的熵、亥姆霍兹自由能[丁家强，陈致英.力学学报2000，32：739-743.]；来蔚鹏等结合理论模型，用量子化学的方法获得了不同粒径纳米金刚石的各种标准焓和标准熵[来蔚鹏，薛永强，廉鹏，葛忠学，王伯周，张志忠.物理化学学报2007，23：508-512.]；岳丹婷等通过相同的方法测定了多种不同纳米材料(如纳米氧化锌、纳米铁、纳米铝)的低温热容，依据热容与热力学函数的关系式，获得了以标准状态298.15K为基准的纳米材料的熵、焓、吉布斯自由能，其代表性文献如[岳丹婷，谭志诚，董丽娜，孙立贤，张涛.物理化学学报2005，21：446-449.]。

以上这些方法存在的问题是：理论模型结合分子动力学或量子化学等方法的应用只适合满足特定条件的纳米材料，适用范围狭小；通过测定低温热容获取的纳米材料的熵、焓、吉布斯自由能以标准状态298.15K为基准而不是以0K为基准，因此从实质上并没有解决纳米材料的规定热力学函数值。目前，将已知的块体材料标准摩尔熵作为参考标准，寻求纳米材料与对应块体材料标准摩尔熵的关系，从而获得纳米材料标准摩尔熵的思想及具体方法还未见报道。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述现有方法存在的缺陷及不足而提供的一种具有普适性的获取纳米材料标准摩尔熵的新思想及新方法，该新思想通过具体的新方法得到了验证，从而支撑了该新思想。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种研究纳米材料标准摩尔熵的新思想与新方法，其特征在于新思想是将已知的块体材料标准摩尔熵作为参考标准，寻求纳米材料与对应块体材料标准摩尔熵的关系，从而获得纳米材料的标准摩尔熵。新方法是基于该新思想而建立起来的，具体为在相同条件下纳米材料及对应的块体材料分别发生相同的化学反应，依据热力学势函数法，获得纳米材料与对应块体材料标准摩尔熵的关系，最终得到纳米材料标准摩尔熵的新方法。该新方法的可行性论证了该新思想的正确性。该新方法具体以获取氧化锌纳米材料的标准摩尔熵为例加以说明，具体步骤如下：

1)、在298.15K及p^θ下，将氧化锌纳米材料及氧化锌块体材料分别与过量的同浓度的盐酸反应，利用微量热仪分别测定氧化锌纳米反应体系及块体反应体系的热焓发生函数H₁、热焓变化率dH_t/dt及反应焓变H_∞；

2)、反应完全后，利用电感耦合等离子体(简称ICP)测定氧化锌纳米反应体系及块体反应体系中锌离子的浓度，经计算可得氧化锌纳米反应体系及块体反应体系的摩尔反应焓变再利用热焓发生函数、热焓变化率及反应焓变的关系式作图，求算出纳米反应体系及块体反应体系的反应速率常数分别为k_nano、k_bulk；

3)、根据过渡态理论中反应速率常数k与活化吉布斯自由能的关系，得出纳米反应体系及块体反应体系的反应速率常数的关系为：