专利名称：一种研究一维纳米ZnO标准摩尔生成焓的新方法
技术领域：
本发明涉及一种杂草状纳米ZnO标准摩尔生成焓的研究，特别涉及一种将已知的 块体ZnO标准摩尔生成焓作为参考标准，寻求一维纳米ZnO与块体ZnO标准摩尔生成焓的 关系，从而获得一维纳米ZnO标准摩尔生成焓的方法。
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。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.]；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.]；袁爱群等利用微量热仪，通过纳米反应体系的 反应热获得了固相反应制备的多种纳米磷酸盐化合物的标准摩尔生成焓数据，其代表性 文献如[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.]。以上这些方法存在的问题是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OK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；理论模型的建立与应用只适合满足特定条件的纳米材料，因此适用 范围狭小；通过纳米反应体系的反应热获得纳米材料的标准摩尔生成焓，必须已知除纳米 材料以外的各物质的标准摩尔生成焓，对液相反应也不适用。目前，将已知的块体材料标准 摩尔生成焓作为参考标准，寻求纳米材料与对应块体材料标准摩尔生成焓的关系，从而获 得纳米材料标准摩尔生成焓的思想及具体方法还未曾报道。

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获取纳 米材料标准摩尔生成焓的新思想及新方法，该新思想通过具体的新方法得到了验证，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一维纳米ZnO标准摩尔生成焓的新思想与新方法，其特征在于新思想是将已知的块体ZnO标准摩尔生成焓作为参考 标准，寻求一维纳米ZnO与块体ZnO标准摩尔生成焓的关系，从而获得一维纳米ZnO标准摩 尔生成焓。新方法是基于该新思想具体建立起来的，具体为在相同条件下一维纳米ZnO及 块体ZnO分别发生相同的化学反应，依据热力学势函数法，获得一维纳米ZnO与块体ZnO标 准摩尔生成焓的关系，最终得到一维纳米ZnO标准摩尔生成焓的新方法。该新方法的可行 性论证了该新思想的正确性。具体步骤如下1)、在298. 15K及ρ0下，将一维纳米ZnO及块体ZnO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反应焓变；
2)、反应完全后，利用电感耦合等离子体(简称ICP)测定ZnO纳米反应体系及块 体反应体系中锌离子的浓度，以确定两种体系中ZnO反应的量，求出两种体系的摩尔反应 焓变 Htincmo)、ArHem(bulk)；3)、根据热力学势函数法，建立ZnO纳米反应体系及块体反应体系的联系，获得一 维纳米ZnO与块体ZnO标准摩尔生成焓的关系为A fH^A (ZnO, bulk) - ^fHemj (ZnO, nano) = b,rHem [nano) - ^rHem {bulk)；4)、通过已知的块体ZnO的标准摩尔生成焓，结合步骤3中一维纳米ZnO与块体 ZnO标准摩尔生成焓的关系，得到一维纳米ZnO的标准摩尔生成焓。与现有技术相比，本发明具有以下特点1、本发明中新思想是建立在块体材料的标准摩尔生成焓的基础上，因为块体材料 的标准摩尔生成焓可以通过查手册获得。2、本发明中新思想是以寻求一维纳米ZnO与块体ZnO的标准摩尔生成焓的关系为主线。3、本发明中的新方法巧妙地将一维纳米ZnO与块体ZnO的标准摩尔生成焓联系起 来了。4、本发明中的新方法具有广泛的适用性，操作简单、获取数据准确快捷。


图1为本发明实施联系一维纳米ZnO与块体ZnO的标准摩尔生成焓的热力学势函 数法的原理示意图；图2为本发明实施例1中与盐酸反应的一维纳米ZnO的SEM图
具体实施例方式下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，实施例的描述仅为便于理解本发 明，而非对本发明保护的限制。实施例11.在298. 15K及ρ0下，将一定量的一维纳米ZnO与浓度为0. 26mol/L、体积为 1. 5mL的过量盐酸置于微量热仪中反应，测得反应焓变为-0. 28552J，将反应液用IOmL的比 色管定容，用ICP测得锌离子浓度为2. 1435mg/L,由此得出纳米反应体系的摩尔反应焓变 为-870. 89kJ/mol ；2.在298. 15K及p0下，将一定量的块体ZnO与浓度为0. 26mol/L、体积为1. 5mL的过量盐酸置于微量热仪中反应，测得反应焓变为-0. 21925J，将反应液用IOmL的比色 管定容，用ICP测得锌离子浓度为1.7070mg/L，由此得出块体反应体系的摩尔反应焓变 为-839. 75kJ/mol ；3.根据热力学势函数法，建立ZnO纳米反应体系及块体反应体系的联系，获得一 维纳米ZnO与块体ZnO标准摩尔生成焓的关系为^fHemj (ZnO, bulk) - AfHem A (ZnO, nano) 二 Hem (nana) 一 ArHem {bulk)2 9 8. 1 5 K及ρ 0下块体Z η 0的标准摩尔生成焓 AfH^1 A(ZnO, bulk) = -34S.28 U/mol，最终可得一维纳米ZnO的标准摩尔生成焓
权利要求
1.将已知的块体ZnO标准摩尔生成焓作为参考标准，寻求一维纳米ZnO与块体ZnO标 准摩尔生成焓的关系，从而获得一维纳米ZnO标准摩尔生成焓的方法。
2.基于权利要求1，利用一维状纳米ZnO和块体ZnO在相同条件下发生相同的化学反 应，利用热力学势函数法寻求一维纳米ZnO与块体ZnO标准摩尔生成焓的关系，从而获得一 维纳米ZnO标准摩尔生成焓的方法。
全文摘要
本发明首次提出了将已知的块体ZnO标准摩尔生成焓作为参考标准，寻求杂草状纳米ZnO与块体ZnO标准摩尔生成焓的关系，从而获得杂草状纳米ZnO标准摩尔生成焓的新思想。基于这一新思想，进一步提供了在相同条件下一维纳米ZnO和块体ZnO分别发生相同的化学反应，从而获得一维纳米ZnO标准摩尔生成焓的新方法。本发明利用高精度、高灵敏度的微量热仪，依据热力学势函数法，获得了298.15K及pθ下杂草状纳米ZnO的标准摩尔生成焓为-317.14kJ/mol。
文档编号G01N25/48GK102103095SQ20101059918
公开日2011年6月22日 申请日期2010年12月22日 优先权日2010年12月22日
发明者周泽广, 范高超, 谭学才, 黄在银 申请人:广西民族大学