Ag@SiO2壳核材料的制备及性能研究(2)
在现代社会，许多国家尤其是发达国家对纳米科技发展相当重视，在纳米科技研究方面取得了重大的突破，美国无疑是其中的强者。早在1998年，美国就已经成功研制出来由磁性纳米棒组成的量子磁盘，在信息产业带来改革，目前已投入生产[4]；采用新的合成方法处理传统药物使之成为纳米药剂，改善了药物溶解度低、吸收困难的问题，有效地提高了生物利用率[5]；此外，美国科学家还提出将纳米碳管作为储氢材料，可以用于燃料电池的能源提供，在一定程度上提高了效率。
日本在纳米材料的研究与应用方面也取得了巨大的进展，例如，改进了富勒烯（C60）的结构，获得了内径为30nm的中空球体；制备出了内径在1μm至500nm，长度5μm、具有多种特定形貌（如针状、棒状、桶状等）的纳米碳晶，其导电性良好[6]；开发出具有类似富勒烯结构的硫化钨、硫化钼；制备出内径达10nm的纳米碳管并将其应用于电子设备领域，可以用于生产薄型彩色显示屏[7]；在生物医药方面，通过纳米技术开发出一种定向药物，主要针对癌症的治疗，进入患者体内后，药物可直接作用于患病部位，经临床验证，其抗癌效果是普通抗癌药效果的2倍，并且副作用较小。值得一提的是，许多文献中使用的透射电镜都是日本电子株式会社生产的JEOL系列透射电镜，可见其在纳米研究领域的领先地位。
此外，纳米科技还可应用于食品领域，例如2000年芬兰科学家利用纳米技术开发出了一种富含植物固醇的黄油，据称经常食用可以有效地降低人体固醇的含量[7]。通过使用一些特殊纳米粒子取代传统的作为轮胎添加剂的炭黑，可以生产耐磨性能好的轮胎，并且具有环境保护的意义。
纳米材料的定义是在三文空间中，至少有一文处于纳米尺度范围（称为纳米相材料）或是以其为基本单元组成的材料（纳米结构材料）。纳米材料的种类繁多，按照晶体结构、化学组成、空间文数、用途等可以有多种多样的分类，可以说，纳米材料是整个纳米技术的基础和核心。从纳米材料研究开始至今，在其合成与性能方面已经取得了长足的进步。由于其不同于常规物质的结构，纳米材料表现出许多特殊的性质，产生了诸如表面界面效应、量子尺寸效应等一系列特性，在电学、光学、磁学、力学、化学等方面有着独特的物理、化学性质，因此在光电材料、磁性材料、传感器、能量储存、催化等领域展现出巨大潜力[8]。
1.2 纳米材料的性能
纳米结构材料与传统材料相比所具有的独特的晶型结构使得其在催化方面具有很大应用前景。目前所提出的多数催化机理都是在催化剂表面进行的，而纳米结构材料的表面原子占据了很大比例（并且这一比例随材料粒径减小而增大）。例如，粒径为100nm的纳米ZrO2粒子的表面原子占总原子数的比例为20%，而当其粒径减小到20nm时，这一比例上升到了80%，当粒径减小到10nm时，这一比例更是变为99%[9]。这使得纳米微粒（nanoparticles，简称NPs）具有很大的比表面积和表面吉布斯自由能，吸附力强，并且其与传统晶体有所区别的非晶结构使得纳米材料表面的活性位点增多，利于吸附参与反应的原子和分子，从而可以有效地提高催化活性。此外，一些纳米材料还具有特定的纳米尺度的孔结构，为提高纳米催化剂材料的选择性和反应活性提供了很大空间[10]。作为催化剂，纳米材料表现出了比传统催化剂更为优异的选择性和反应活性，并已有工业实例，例如乙烯氧化制备环氧乙烷的工业生产中就使用了超细银粉作为催化剂，提高了反应选择性，实现了绿色生产[11]。随着纳米材料的深入发展，目前对纳米催化技术研究的方向主要在于通过与纳米技术相关的合成和分析技术，达到在分子水平上对纳米材料的设计与合成，从而实现对其催化性能的设计和调控。