纳米氧化锌热力学函数的微量热法及电化学法测量

doi:10.7503/cjcu20140814

高等学校化学学报 ›› 2015, Vol. 36 ›› Issue (3): 539.doi: 10.7503/cjcu20140814

纳米氧化锌热力学函数的微量热法及电化学法测量

刘晓林¹, 王路得¹, 黄在银^1,²(), 刘作娇¹, 李星星¹

1. 广西民族大学化学化工学院
2. 广西林产化学与工程重点实验室, 南宁 530006

收稿日期:2014-09-09 出版日期:2015-03-10 发布日期:2015-02-04
作者简介:联系人简介: 黄在银, 男, 教授, 主要从事物理化学和纳米材料方面的研究. E-mail: hzy210@163.com
基金资助:
国家自然科学基金(批准号: 20963001, 21273050)资助

Thermodynamic Functions of Nano Zinc Oxide Acquired by Microcalorimetry and Electrochemical Methods^†

LIU Xiaolin¹, WANG Lude¹, HUANG Zaiyin^1,^2,^*(), LIU Zuojiao¹, LI Xingxing¹

1. College of Chemistry & Chemical Engineering
2. Guangxi Key Laboratory of Chemistry and Engineering of Forest Products, Guangxi University for Nationalities, Nanning 530006, China

Received:2014-09-09 Online:2015-03-10 Published:2015-02-04
Contact: HUANG Zaiyin E-mail:hzy210@163.com
Supported by:
† Supported by the National Natural Science Foundation of China(Nos.20963001, 21273050)

摘要/Abstract

摘要：

采用微乳液-水热辅助法制备了形貌和尺寸均匀的纳米氧化锌分级结构, 并对其进行了表征. 利用微量热技术和电化学方法分别测定了纳米ZnO在298.15 K下的热力学函数(标准摩尔生成焓、标准摩尔生成Gibbs自由能及标准摩尔熵). 采用微量热方法测定纳米材料热力学函数主要基于纳米反应体系与对应块体反应体系的过渡态相同; 采用电化学方法测定纳米材料热力学函数主要基于纳米材料与对应块体材料组成电池后的电极电势不同. 结果表明, 采用微量热法及电化学法获取的产物的热力学函数在误差允许范围内近似相等. 由此证明了微量热技术及电化学方法获取纳米材料热力学函数的科学性及有效性, 同时也进一步说明纳米ZnO反应体系与块体ZnO反应体系所经历的过渡态相同.

关键词: 纳米氧化锌, 热力学函数, 过渡态理论, 微量热技术, 电化学法

Abstract:

Nano zinc oxide(ZnO) hierarchical structures with uniform size and morphology were prepared by microemulsion-mediated hydrothermal route. The thermodynamic functions at 298.15 K, such as standard molar enthalpy, standard molar Gibbs free energy, and standard molar entropy of the synthesized nano ZnO were obtained by employing microcalorimetry and electrochemical method, individually. Microcalorimety for acquiring thermodynamic functions of nanomaterial was mainly based on that nano reaction system and its corresponding bulk reaction system possess the same transition state, whereas electrochemical method for acquiring thermodynamic functions of nanomaterial was mainly based on the difference of electrode potential between nanomaterial and its corresponding bulk material. The results reveal that the thermodynamic functions obtained by microcalorimetry and electrochemical method are approximately equal in the range of allowable error. The results also proved that both of the two developed methods to obtain thermodynamic functions of nanomaterials are effective and scientific. Moreover, it further support that the nano ZnO reaction system and its correspon-ding bulk ZnO reaction system experience the same transition state.

Key words: Nano ZnO, Thermodynamic function, Transition state theory, Microcalorimetry, Electrochemical method

中图分类号:

TrendMD:

刘晓林, 王路得, 黄在银, 刘作娇, 李星星. 纳米氧化锌热力学函数的微量热法及电化学法测量. 高等学校化学学报, 2015, 36(3): 539.

LIU Xiaolin, WANG Lude, HUANG Zaiyin, LIU Zuojiao, LI Xingxing. Thermodynamic Functions of Nano Zinc Oxide Acquired by Microcalorimetry and Electrochemical Methods^†. Chem. J. Chinese Universities, 2015, 36(3): 539.

图/表 2

Fig.1 XRD pattern(A), FESEM(B,C) and TEM(D) images of the prepared nano ZnO

Table 1 Standard molar enthalpies and rate constants of the ZnO reaction systems

Reaction system	No.	m/mg	Q/mJ	Δ_r $H m 0 —$ /(kJ·mol^-1)	lnk
Nano ZnO	1	1.220	-1500.95	-100.13	-6.56
	2	1.221	-1505.32	-100.34	-6.58
	3	1.220	-1499.97	-100.07	-6.57
	4	1.220	-1502.16	-100.21	-6.56
	5	1.221	-1504.43	-100.28	-6.58
Average				-100.21	-6.57
Bulk ZnO	1	1.120	-832.08	-60.47	-8.57
	2	1.120	-829.20	-60.26	-8.56
	3	1.119	-832.24	-60.53	-8.58
	4	1.121	-831.71	-60.37	-8.56
	5	1.120	-830.02	-60.32	-8.55
Average				-60.39	-8.56

Table 1 Standard molar enthalpies and rate constants of the ZnO reaction systems

Reaction system	No.	m/mg	Q/mJ	Δ_r $H m 0 —$ /(kJ·mol^-1)	lnk
Nano ZnO	1	1.220	-1500.95	-100.13	-6.56
	2	1.221	-1505.32	-100.34	-6.58
	3	1.220	-1499.97	-100.07	-6.57
	4	1.220	-1502.16	-100.21	-6.56
	5	1.221	-1504.43	-100.28	-6.58
Average				-100.21	-6.57
Bulk ZnO	1	1.120	-832.08	-60.47	-8.57
	2	1.120	-829.20	-60.26	-8.56
	3	1.119	-832.24	-60.53	-8.58
	4	1.121	-831.71	-60.37	-8.56
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Average				-60.39	-8.56

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