纳米反应动力学理论

【作者】 薛永强； 崔子祥；

【机构】 太原理工大学化学化工学院；

【摘要】 纳米反应物的粒度对其反应动力学有显著影响,但其影响机理和影响规律还不清楚^{[1 6]}。本文在假定过渡状态理论也适用于纳米反应的基础上,导出了球形颗粒化学反应的活化能E_α、指前因子A、速率常数k分别与反应物颗粒半径r的关系式:E_a=E_a^b-H_m^s=E_a^b-2V_m/r[σ-T（?σ/?T）_p-2/3σαT]（1）lnA/A^b=-S_m^s/R=2V_m/Rr[（?σ/?T）_p+2/3σα]（2）lnk/k^b=μ^s/RT=（2σV_m）/（RTR）（3）式中:上标b和s分别表示体相量和表面相量,H_m^s、S_m^s、μ^s、V_m、σ和α分别为纳米颗粒的偏摩尔表面焓、偏摩尔表面熵、表面化学势（偏摩尔表面吉布斯函数）、摩尔体积、界面张力和体膨胀系数。结果表明:纳米反应物的粒度对其反应动力学有显著影响;粒径减小,反应的表观活化能和指前因子降低,而速率常数增大;粒度对反应动力学的影响机理是:纳米颗粒的偏摩尔表面焓影响表观活化能,偏摩尔表面熵影响指前因子,表面化学势影响速率常数。这些影响规律与实验结果完全一致^{[1 6]}。纳米反应动力学理论将反应动力学参数与纳米颗粒的表面热力学函数联系起来,可定量描述纳米反应物的粒度对其反应动力学参数的影响规律,对涉及到纳米颗粒反应的研究与应用具有重要的指导作用。更多还原