專利名稱：一種獲取納米材料規(guī)定熱力學(xué)函數(shù)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過制備納米電極、測(cè)定電池的電動(dòng)勢(shì)獲取納米材料的規(guī)定熱力學(xué)函數(shù)的方法。
背景技術(shù)：
納米材料的熵、焓、吉布斯自由能等規(guī)定熱力學(xué)函數(shù)具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值，而且是尺度和形貌的函數(shù)。如何通過實(shí)驗(yàn)獲納米材料的規(guī)定熱力學(xué)函數(shù)值，探索納米材料熱力學(xué)函數(shù)的尺度、取向(形貌)關(guān)系和演變規(guī)律，建立不同尺寸、不同取向、形貌納米材料的基礎(chǔ)熱力學(xué)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，是“納米材料熱力學(xué)”研究的重要課題。當(dāng)前對(duì)納米材料熱力學(xué)性質(zhì)的研究十分欠缺，尤其是對(duì)納米材料的熵、焓、吉布斯自由能等規(guī)定熱力學(xué)函數(shù)值的研
岳丹婷等通過低溫絕熱量熱的方法測(cè)定了多種不同納米材料(如納米氧化鋅、納米鐵、納米鋁)的低溫?zé)崛荩罁?jù)熱容與熱力學(xué)函數(shù)的關(guān)系式，獲得了以四8. 15Κ為基準(zhǔn)的納米材料的熵、焓、吉布斯自由能，其代表性文獻(xiàn)如[岳丹婷，譚志誠，董麗娜，孫立賢，張濤.物理化學(xué)學(xué)報(bào)2005，21 :446-449.]；來蔚鵬等結(jié)合理論模型，用量子化學(xué)的方法獲得了不同粒徑納米金剛石的各種標(biāo)準(zhǔn)焓和標(biāo)準(zhǔn)熵[來蔚鵬，薛永強(qiáng)，廉鵬，葛忠學(xué)，王伯周，張志忠.物理化學(xué)學(xué)報(bào)2007，23 :508-512.]；袁愛群等利用微量熱儀，通過納米反應(yīng)體系的反應(yīng)熱獲得了固相反應(yīng)制備的多種納米磷酸鹽化合物的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓數(shù)據(jù)，其代表性文獻(xiàn)如[a)Yuan AQ, Liao S, Tong ZF, Wu J, Huang ZY. Mater. Lett. 2006,60 :2110-2114. b) Yuan AQ, Wu J, Bai LJ, Huang ZY, Wu K, Liao S, Tong ZF. Mater. Res. Bull. 2008,43 1339-1345. c)Yuan AQ, Wu J, Bai LJ, Ma SM, Huang ZY, Tong ZF.J. Chem. Eng. Data 2008， 53 :1066-1070.]。
通過量熱方法獲取納米材料的規(guī)定熱力學(xué)函數(shù)，存在的問題是第一，將納米材料裝入量熱計(jì)時(shí)，納米材料由于表面效應(yīng)不可避免地會(huì)吸附空氣中的水分子及其它物質(zhì)，所測(cè)定的結(jié)果不是純納米材料的規(guī)定熱力學(xué)函數(shù)。第二，通過測(cè)定熱容獲取納米材料的熱力學(xué)函數(shù)時(shí)，不可避免的要對(duì)納米材料施壓以便導(dǎo)熱，由此造成納米材料的原始狀態(tài)破壞，測(cè)定結(jié)果不能代表原始狀態(tài)納米材料的熱力學(xué)函數(shù)；同時(shí)，施加不同壓力密度變化引起熱容變化[張洪亮等，物理學(xué)報(bào)，2010，59(1) :471-479]，因此測(cè)定的數(shù)值會(huì)隨壓力不同而不同， 結(jié)果造成同種納米材料會(huì)因密度不同熱力學(xué)函數(shù)不同，這顯然是錯(cuò)誤的；第三，有研究表明金屬處于納米尺度時(shí)不導(dǎo)熱，因此也不能用該方法獲取納米材料的規(guī)定熱力學(xué)函數(shù)。
目前，采用電化學(xué)方法獲取納米材料的規(guī)定熱力學(xué)函數(shù)的研究在國際上還未見報(bào)道。發(fā)明內(nèi)容
采用電化學(xué)方法獲取納米材料的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)及規(guī)定熱力學(xué)函數(shù)。本發(fā)明可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)
在不同的溫度下測(cè)定納米材料電極與對(duì)應(yīng)塊體材料電極組成電池的電動(dòng)勢(shì)，以已知塊體材料的各項(xiàng)熱力學(xué)函數(shù)值為參考標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)熱力學(xué)關(guān)系式求得納米材料的規(guī)定熱力學(xué)函數(shù)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下特點(diǎn)1、測(cè)定過程不會(huì)破壞納米材料的狀態(tài)；2、能獲取相對(duì)于OK納米材料的熱力學(xué)函數(shù)；3、電化學(xué)方法測(cè)定結(jié)果比熱化學(xué)方法精確，誤差?。?、操作簡(jiǎn)單，便于實(shí)施。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，實(shí)施例的描述僅為便于理解本發(fā)明，而非對(duì)本發(fā)明保護(hù)的限制。實(shí)施例1將銅電極用0. 05 μ m的α -Al2O3懸糊拋光至鏡面，在超聲波清洗器中依次用無水乙醇及二次蒸餾水超聲清洗，將100 μ L 0. ^oir1的硫酸銅溶液加入到IOmL lmmolL—1硫酸溶液中作為電解液，以銅電極為工作電極和對(duì)電極，飽和甘汞電極為參比電極，在-1. OOV 的電位下沉積60s。在二電極體系中測(cè)定開路電位，運(yùn)行20s。分別在四3. 15K.297. 15K.299. 15K，303. 15K，305. 1 的溫度下測(cè)定開路電位-時(shí)間曲線，每個(gè)溫度進(jìn)行5次平行實(shí)驗(yàn)后取均值統(tǒng)計(jì)如下表。表1電動(dòng)勢(shì)隨溫度變化(E-T)數(shù)據(jù)
T/K293.15297.15299.15303.15305.15
E/F(10"3)-0.00072-0.00109-0.00125-0.00159-0.00176
σ<ι(10 -5)6.34.95.65.24.7作E-T曲線，對(duì)該曲線進(jìn)行擬合求方程E = a+bT。
ab. R 殘差平方和^
數(shù)值 0.02452-8.6X10 50.9993 3.6X10 10
標(biāo)準(zhǔn)誤差 3.44ΧΚΓ51.15X10"6(1)求得擬合方程 E = O. 02452-8. 6 X IO-5T將T = 298. 15K帶入擬合方程求得E = -0. 00112V對(duì)擬合方程求導(dǎo)=-8.6χ10-5ν·Κ~\
OL(2)電極反應(yīng)負(fù)極Cu(膽。)-2θ_= Cu2+正極Cu2++2e-= Cu(bulk)電池凈反應(yīng)Cu(nan。)一Cu(bulk)
權(quán)利要求
1.本發(fā)明的方法特征，是通過電化學(xué)方法測(cè)定由納米電極構(gòu)成電池的電動(dòng)勢(shì)，然后測(cè)定該電池電動(dòng)勢(shì)隨溫度的變化，獲取電池電動(dòng)勢(shì)隨溫度變化的溫度系數(shù)，獲得快體材料和納米材料的規(guī)定熱力學(xué)函數(shù)的差值，以塊體材料的規(guī)定熱力學(xué)函數(shù)為參考標(biāo)準(zhǔn)，查出塊體材料的規(guī)定熱力學(xué)函數(shù)，即可求得納米材料的規(guī)定熱力學(xué)函數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明在不同溫度下測(cè)定納米材料和對(duì)應(yīng)塊體材料組成電池的電動(dòng)勢(shì)，測(cè)定電動(dòng)勢(shì)隨溫度變化的并擬合方程，通過熱力學(xué)關(guān)系式計(jì)算納米材料和塊體材料在298.15K時(shí)的熱力學(xué)函數(shù)之差；查出塊體材料的規(guī)定熱力學(xué)函數(shù)，進(jìn)而獲得納米材料的標(biāo)準(zhǔn)摩爾熵、標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成吉布斯自由能、標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓以及電池的熱效應(yīng)。該方法可廣泛應(yīng)用于不同形貌、尺寸、結(jié)構(gòu)納米材料標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)及納米材料規(guī)定熱力學(xué)函數(shù)的研究。
文檔編號(hào)G01N27/26GK102507672SQ20111031805
公開日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月19日
發(fā)明者周澤廣, 王路得, 譚學(xué)才, 黃在銀 申請(qǐng)人:廣西民族大學(xué)