Catalizatori

SUPRAFAŢAN

A

N

O

C

H

I

M

I

E

SUPRAFAŢA = Loc care separă substanţe diferiteDe ce nu poate fi neglijată pentru nanomateriale ?

Model atomistic al unui cristal în creştere:

rP 2

2 lln

Diametrul nanocristalului (nm)

% d

e at

omi p

e su

praf

aţă

PbS

Energia de suprafaţă creşte cu den-sitatea legăturilor libere, determinatede compoziţia suprafeţei, de rugozitateşi de curbură.

Energia de suprafaţă poate fi redusă prin modificarea chimică a suprafeţei.

–OH + CH3OSiR3 –OSiR3 + CH3OH

Atomii de la suprafaţă suntsupuşi unei presiuni care de-pinde de energia de suprafaţăşi de curbura suprafeţei.

Perovskitul feroelectric tetragonal, BaTiO3,suferă reconstrucţia suprafeţei către faza cubicăparaelectrică. Soluţiile solide suferă segregarea suprafeţei,rezultând nanoparticule de tip nucleu-coroană,cu faze separate.

SUPRAFAŢAN

A

N

O

C

H

I

M

I

E

Sistemele evoluează spre reducerea energiei libere.Suprafeţele sunt dinamice, interacţionând cu mediul.

CUM ?

Nanocristal cavitar şi efecte de suprafaţă

FAŢETARENanocristale cu forme şi funcţii diferite

ADSORBŢIEImpurităţi

Polielectroliţi

RECONSTRUCŢIA SUPRAFEŢEI Solubilitate diferenţiatăpe suprafeţe convexe şi concave

INCLUZIUNEAUTOASAMBLARE

FUNCŢIONALIZAREA SUPRAFEŢEIPasivare

SUPRAFAŢAN

A

N

O

C

H

I

M

I

E

AUTOASAMBLARE = asamblare spontană sau direcţionată a unor blocuri de construcţie în arhitecturi funcţionale

Super-reţea de nanocristale de PbS Aranjament de pseudo-lichid cristalin al unor bastonaşe de Bi2S3

Nanomaterialele au suprafeţe specifice de cca 100 – 1000 m2/g

Nanochimia este şi o ştiinţă a nanogolurilor- zero-dimensionale (nanocristale cavitare)- mono-dimensionale (nanotuburi, materiale mezoporoase)- bidimensio-nale (sisteme de straturi)- tridimensionale (cristale coloidale).

Senzori, Cataliză, Reacţii controlate de difuzie

Modificarea suprafeţelor nanomaterialelor afectează şi proprietăţile materialului interior Conducţia nanofirelor de siliciu – adsorbţie: pH-metru, întrerupător de lumină, detecţie virusuri

MĂRIMEAN

A

N

O

C

H

I

M

I

E

„Toată lumea ştie ce nu se poate face, până când apare un naiv care nu ştie asta şi o face.” A. Einstein

Relaţii de mărime la scară logaritmicăScara nano: 10-9 şi 10-6 m (cca 10 – 10000 atomi)

Mezo-fenomene: = efecte „ciudate” - dependente de mărime - se manifestă între materialele macro (clasice) şi domeniul molecular (cuantic) când

lungimea caracteristică unei proprietăţi relevante este comparabilă cu lungimea obiectului

Raza Bohr a excitonului(2 – 200 nm)

afectează

proprietăţile electrice şi opticeale semiconductorilor

MĂRIMEA ESTE RELATIVĂ

FORMAN

A

N

O

C

H

I

M

I

E

Fenomenele pot fi analizate din exterior spre interior şi inversForma determină felul de interacţie a unui obiect cu alte obiecte.

Efecte independente de mărime

Funcţie determinatăde geometrie

Simetrie

SIMETRIA= proprietatea unui obiect

prin care un grup de transformări geometrice rigide nu modifică forma

Efectul formei asupra funcţiei

Simetria induce şi determină periodicitate de auto-asamblare

Mecanismul lacăt-cheie Exemple de auto-Transmisia mişcării de rotaţie asamblare

Auto-asamblarea blocurilor de construcţie cu scara nano este influenţată în principal de suprafaţa lor, de forma lor şi de omogenitatea mărimii lor

Bi-simetrieTri-simetrieTetra-simetrie

DEFECTEN

A

N

O

C

H

I

M

I

E

Funcţiile îndeplinite de nanoarhitecturi trebuie să poată toleradefecte intrinseci sau pot fi determinate de defecte extrinseci

Punctuale- vacanţe (atomi lipsă)

- impurităţi (atomi diferiţi)

Si dopat tip n sau tip p Liniaredizlocări de atomi

Influenţează proprietăţile mecanice ale metalelor (deformările plastice)

D E F E C T E

Doparea la scară nano este o adevărată provocare

De stivuirePlanuri lipsă sau dezlocuite

Mozaicitate – frontiere de grăunteConductibilitate ionică, proprietăţi mecanice

Clastere de defecteAnsambluri de defecte cu forme bine definite

Materiale dure

Suprafeţele nanostructurilor : reduc diferenţiat conducţia electricăşi conducţia căldurii

Materiale termoelectrice = dispozitive care expuse la un gradient de temperaturădezvoltă un potenţial, şi invers.

Catalizatorul de Pt