专利名称：一种获取纳米材料规定热力学函数的方法
技术领域：
本发明涉及一种通过制备纳米电极、测定电池的电动势获取纳米材料的规定热力学函数的方法。
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。如何通过实验获纳米材料的规定热力学函数值，探索纳米材料热力学函数的尺度、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
岳丹婷等通过低温绝热量热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，获得了以四8. 15Κ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.]。
通过量热方法获取纳米材料的规定热力学函数，存在的问题是第一，将纳米材料装入量热计时，纳米材料由于表面效应不可避免地会吸附空气中的水分子及其它物质，所测定的结果不是纯纳米材料的规定热力学函数。第二，通过测定热容获取纳米材料的热力学函数时，不可避免的要对纳米材料施压以便导热，由此造成纳米材料的原始状态破坏，测定结果不能代表原始状态纳米材料的热力学函数；同时，施加不同压力密度变化引起热容变化[张洪亮等，物理学报，2010，59(1) :471-479]，因此测定的数值会随压力不同而不同， 结果造成同种纳米材料会因密度不同热力学函数不同，这显然是错误的；第三，有研究表明金属处于纳米尺度时不导热，因此也不能用该方法获取纳米材料的规定热力学函数。
目前，采用电化学方法获取纳米材料的规定热力学函数的研究在国际上还未见报道。发明内容
采用电化学方法获取纳米材料的标准电极电势及规定热力学函数。本发明可以通过以下技术方案来实现
在不同的温度下测定纳米材料电极与对应块体材料电极组成电池的电动势，以已知块体材料的各项热力学函数值为参考标准，根据热力学关系式求得纳米材料的规定热力学函数。与现有技术相比，本发明具有以下特点1、测定过程不会破坏纳米材料的状态；2、能获取相对于OK纳米材料的热力学函数；3、电化学方法测定结果比热化学方法精确，误差小；4、操作简单，便于实施。
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1将铜电极用0. 05 μ m的α -Al2O3悬糊抛光至镜面，在超声波清洗器中依次用无水乙醇及二次蒸馏水超声清洗，将100 μ L 0. ^oir1的硫酸铜溶液加入到IOmL lmmolL—1硫酸溶液中作为电解液，以铜电极为工作电极和对电极，饱和甘汞电极为参比电极，在-1. OOV 的电位下沉积60s。在二电极体系中测定开路电位，运行20s。分别在四3. 15K.297. 15K.299. 15K，303. 15K，305. 1 的温度下测定开路电位-时间曲线，每个温度进行5次平行实验后取均值统计如下表。表1电动势随温度变化(E-T)数据
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曲线，对该曲线进行拟合求方程E = a+bT。
ab. R 残差平方和^
数值 0.02452-8.6X10 50.9993 3.6X10 10
标准误差 3.44ΧΚΓ51.15X10"6(1)求得拟合方程 E = O. 02452-8. 6 X IO-5T将T = 298. 15K带入拟合方程求得E = -0. 00112V对拟合方程求导=-8.6χ10-5ν·Κ~\
OL(2)电极反应负极Cu(膽。)-2θ_= Cu2+正极Cu2++2e-= Cu(bulk)电池净反应Cu(nan。)一Cu(bulk)
权利要求
1.本发明的方法特征，是通过电化学方法测定由纳米电极构成电池的电动势，然后测定该电池电动势随温度的变化，获取电池电动势随温度变化的温度系数，获得快体材料和纳米材料的规定热力学函数的差值，以块体材料的规定热力学函数为参考标准，查出块体材料的规定热力学函数，即可求得纳米材料的规定热力学函数。
全文摘要
本发明在不同温度下测定纳米材料和对应块体材料组成电池的电动势，测定电动势随温度变化的并拟合方程，通过热力学关系式计算纳米材料和块体材料在298.15K时的热力学函数之差；查出块体材料的规定热力学函数，进而获得纳米材料的标准摩尔熵、标准摩尔生成吉布斯自由能、标准摩尔生成焓以及电池的热效应。该方法可广泛应用于不同形貌、尺寸、结构纳米材料标准电极电势及纳米材料规定热力学函数的研究。
文档编号G01N27/26GK102507672SQ20111031805
公开日2012年6月20日 申请日期2011年10月19日 优先权日2011年10月19日
发明者周泽广, 王路得, 谭学才, 黄在银 申请人:广西民族大学