粒度和形貌對納米顆粒熱力學(xué)性質(zhì)影響的理論研究和量化計(jì)算.pdf

1、眾所周知，當(dāng)材料的尺寸達(dá)到納米級別時(shí)，由于表面效應(yīng)和小尺寸效應(yīng)，引起物質(zhì)在化學(xué)反應(yīng)平衡、反應(yīng)動力學(xué)、相變、吸附、電化學(xué)和催化等方面產(chǎn)生了很大變化，而這些變化主要?dú)w因子其熱力學(xué)性質(zhì)的改變。因此，研究粒度和形貌對納米材料熱力學(xué)性質(zhì)的影響是非常重要和必要的。目前，關(guān)于粒度對納米顆粒熱力學(xué)性質(zhì)影響的研究報(bào)道較少，并且粒徑對其熱力學(xué)性質(zhì)的影響規(guī)律還不清楚，球形納米顆粒熱力學(xué)性質(zhì)的理論研究還不完善，其它形貌納米顆粒熱力學(xué)性質(zhì)的理論研究還未見報(bào)道。<

2、br>　　論文首先將界面變量引入到納米顆粒的吉布斯函數(shù)中，系統(tǒng)地推導(dǎo)出不同形貌（球形、立方形、棒狀和片狀）納米顆粒的表面熱力學(xué)性質(zhì)及其熱力學(xué)性質(zhì)分別與其粒度間的熱力學(xué)關(guān)系式，包括摩爾表面吉布斯能、摩爾吉布斯能、摩爾表面焓、摩爾焓、摩爾表面熵、摩爾熵、恒壓摩爾表面熱容和恒壓摩爾熱容;將Young-Laplace方程首次應(yīng)用于固體納米粒子，導(dǎo)出了固體納米顆粒的附加壓力，進(jìn)一步推導(dǎo)出固體納米顆粒的摩爾表面能、摩爾內(nèi)能、恒容摩爾表面熱容、恒容摩

3、爾熱容。
　　其次，編寫出計(jì)算原子簇坐標(biāo)的VB源程序，根據(jù)鐵和銀的單晶胞參數(shù)，構(gòu)建出一系列不同粒度、不同形貌的納米鐵簇和納米銀簇模型;采用gaus sian09軟件中量子化學(xué)的半經(jīng)驗(yàn)方法PM6分別對納米鐵簇和納米銀簇的熱力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了計(jì)算，得到了不同粒度、不同形貌納米團(tuán)簇的摩爾吉布斯能、摩爾焓、摩爾熵、摩爾內(nèi)能和恒容摩爾熱容，并討論了粒度和形貌對這些熱力學(xué)性質(zhì)的影響規(guī)律;還進(jìn)一步估算出納米鐵的Tolman長度以及膨脹系數(shù)。

4、　　研究結(jié)果表明:納米顆粒的熱力學(xué)性質(zhì)主要與其粒度、表面張力、表面張力的溫度系數(shù)和膨脹系數(shù)有關(guān);關(guān)于粒度對納米顆粒熱力學(xué)性質(zhì)的影響規(guī)律，量子化學(xué)的計(jì)算結(jié)果與納米顆粒的熱力學(xué)理論一致:納米顆粒的摩爾吉布斯能、摩爾焓、摩爾熵和摩爾內(nèi)能隨著納米顆粒粒度的減小而增大，恒容摩爾熱容則變化不大，隨著納米顆粒粒度的減小而略有減小;不同形貌的納米顆粒，如果原子數(shù)相同，則其各種熱力性質(zhì)差別不大。此外，還發(fā)現(xiàn)納米Fe簇的Tolman長度大約為0.1(A)，