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立方体纳米氧化亚铜反应动力学的理论及实验研究
  • ISSN号:1000-6818
  • 期刊名称:《物理化学学报》
  • 时间:0
  • 分类:O643[理学—物理化学;理学—化学]
  • 作者机构:[1]广西民族大学化学化工学院,南宁530006, [2]广西民族大学 广西林产化学与工程重点实验室,南宁530006, [3]广西高校食品安全与药物分析化学重点实验室,南宁530006
  • 相关基金:国家自然科学基金(21273050,21573048)资助项目
中文摘要:

为了探究纳米多相反应过程的动力学行为,本文通过液相还原法可控合成了粒度为55 nm的立方体氧化亚铜(Cu2O)。基于纳米与块体Cu2O的区别,采用原位微量热技术获取Cu2O体系与HNO3反应过程的热动力学精细信息,结合热动力学原理及动力学过渡态理论计算得到Cu2O反应动力学参数,并建立立方体动力学模型讨论并佐证动力学实验结果。结果表明,纳米Cu2O的反应速率常数大于块体,而表观活化能、指前因子、活化焓、活化熵和活化Gibbs自由能均小于块体;随着温度的升高,纳米Cu2O的反应速率常数和活化Gibbs自由能均增大。动力学模型表明影响反应动力学参数的主要因素为: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,偏摩尔表面Gibbs自由能影响反应速率常数。本文为纳米材料多相反应动力学参数的获取和分析应用提供了一种普适的理论模型和实验方法。

英文摘要:

To investigate the kinetic behaviors of nanoparticle heterogeneous reactions, we introduced a liquidphase reduction method to control the synthesis of cubic cuprous oxide with a particle size of 55 nm. Based on the differences between nano-Cu2O and bulk Cu2O, in-situ microcalorimetry was used to acquire fine thermodynamic information of Cu2O systems in HNO3. The reaction kinetic parameters of Cu2O were calculated by a combination of thermodynamic principles and kinetic transition state theory, whose results are discussed and verified with the kinetic models of a cube that has been built. The results demonstrate that unlike the higher reaction rate constant than bulk Cu2O, nano-Cu2O shows lower kinetic parameters, including apparent activation energy, pre-exponential factor, activation enthalpy, activation entropy and activation Gibbs free energy. Both the reaction rate constant and activation Gibbs free energy increase with increasing temperature. The kinetic models show that the main factors affecting the reaction kinetic parameters are as follows: (i) the partial molar surface enthalpy affects the apparent activation energy; (ii) the partial molar surface entropy affects the preexponential factor; and (iii) the partial molar surface Gibbs free energy affects the reaction rate constant. We also provide a universal theoretical model and experimental method for gaining and analyzing kinetic parameters of nanomaterial heterogeneous reactions.

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期刊信息
  • 《物理化学学报》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国科学技术协会
  • 主办单位:北京大学化学与分子工程学院承办
  • 主编:刘忠范
  • 地址:北京大学化学楼
  • 邮编:100871
  • 邮箱:whxb@pku.edu.cn
  • 电话:010-62751724
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-6818
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1892/O6
  • 邮发代号:82-163
  • 获奖情况:
  • 中文核心期刊
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国科学引文索引(扩展库),英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),英国英国皇家化学学会文摘,中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:24781