计算机在化学中的应用

2012310200127应化1201班王晶计算机在化学中的应用专业：应用化学班级：学号：姓名：指导老师：瞿阳湖北·武汉二〇一五年五月2012310200127应化1201班王晶1.第一次作业.文献检索纳米二氧化锡分级结构的合成【摘要】纳米材料与技术的出现和发展对于21世纪的材料科学、生命科学、军事技术、电子技术、微型器件制造技术以及人们的日常生活具有极其重要和深远的影响。而纳米材料的制备是整个纳米科技的基础,越来越多的制备方法和路线被研究开发出来,以期能使纳米材料能够符合各种实际应用的要求,并发挥其最大效能。纳米二氧化锡是一种n型宽禁带半导体材料，具有优异的气敏特性和光电性能，作为一种新型功能材料应用于气敏和湿敏元件、电极材料、光学玻璃、催化剂、功能陶瓷等方面。只要掌握了对二氧化锡纳米材料的可控合成,就能有目的地调控其各项性质参数,并最终实现其应用价值。下文研究了几种二氧化锡纳米材料的制备方法并扩展了这些制备方法的运用范围。【关键词】纳米材料二氧化锡制备液相直接沉淀法【正文】目前制备纳米二氧化锡的方法主要有液相法和气相法两大类。常用的方法有溶胶一凝胶法、低温等离子体化学法、微乳液法、金属醇盐烃化法、硝酸氧化法、液相沉淀法、超临界流体干燥法、电弧气化合成法等等。现就制备纳米二氧化锡粉体的方法作一些综述。1．沉淀法沉淀法通常是在溶液状态下将不同化学成分的物质混合，在混合溶液中加入适当的沉淀剂制备纳米颗粒的前驱体沉淀物。再将此沉淀物进行干燥或锻烧，从而制得相应的纳米颗粒．例如：利用金属盐或氢氧化物的溶解度，调节溶液酸度、温度、溶剂，使其沉淀，然后对沉淀物进行洗涤、干燥、加热处理制成纳米颗粒。一般颗粒在1微米左右时就可以发生沉淀，从而产生沉淀物，生成颗粒的粒径通常取决于沉淀物的溶解度。沉淀物的溶解度越小，相应颗粒径也越小。而颗粒的粒径随溶液的过饱和度减小呈增大趋势。沉淀法制备纳米颗粒主要分为直接沉淀法、均相沉淀法、化合物沉淀法、水解沉淀法等[1-3]。2.溶胶凝胶法溶胶一凝胶法广泛应用于金属氧化物纳米粒子的制备，前驱物用金属醇盐或非醇盐均可。方法实质是前驱物在一定条件下水解成溶胶，再制成凝胶，经干燥和热处理后制得所需纳米粒子。例如中南工业大学的段学臣等应用醇盐水鳃制备了8nm的二氧化锡粉体，华南理工大学的吴柏源采用冷冻干燥法制备2012310200127应化1201班王晶出20nm左右的二氧化锡粉体。溶胶一凝胶法制备的优点是：成胶稳定，可以大大降低合成温度，用无机盐作原料，价格相对便宜。缺点是：粉体不容易分散，处理不当则团聚现象严重，固液分离较困难。用金属醇盐作原料，成本太高，难以工业化实施。3．水热法水热法[4]是在高压釜里的高温、高压反应环境中，采用水作为反应介质，使得通常难溶或不溶的物质溶解，在反应过程中还可进行重结晶。水热技术具有两个特点，一是其相对低的温度：二是在封闭容器中进行，避免了组分挥发；三是结晶度好，晶粒分布均匀。水热法直接制备结晶良好且纯度高的粉体，不需高温灼烧处理，避免形成粉体硬团聚，可通过改变工艺条件，水热法需高温、高压，对设备要求高，操作复杂,且能耗较大。4.化学气相沉淀法一种或数种反应气体通过热、激光、等离子体等而发生化学反应析出超微粉的方法，叫做化学气相沉积法。由于气相中的粒子成核及生长的空间增大，制得的产物粒子细，形貌均一，具有良好的单分散度，而制备常常在封闭容器中进行，保证了粒子具有更高的纯度。陈祖耀等[5]用等离子体作为CVD的热源制备出3．5nm的二氧化锡粉体。这种方法的优点是纯度高，但是需要昂贵的成套设备。5.微乳液法微乳液是由表面活性剂、助表面活性剂(通常为醇类)、油(通常为碳氢化合物)和水(或电解质溶液)组成的透明的各向同性的热力学稳定体系。超细粉的制备是通过混合两种含有不同反应物的微乳液实现的，反应机理为：当两种微乳液混合后，由于胶团颗粒的碰撞，发生了水核内物质的相互交换和传递，化学反应就在水核内进行。一旦水核内粒子长大到一定尺寸，表面活性剂分子将附在粒子表面，使粒子稳定并防止其进一步长大。微乳液中反应完成后。通过超离心或加入水和丙酮混合物的方法，使超细颗粒与微乳液分离。用有机溶剂清洗去除附在粒子表面的油和表面活性剂，最后在一定温度下干燥，锻烧得到超细粉[6]。微乳液的结构从根本上限制了颗粒的生长，使得超细粉末的制备变得容易实现。利用微乳液作为反应介质制备超细粒子，表面活性剂的选择比较重要。微乳液法具有不需加热、设备简单、操作容易、粒子可控等优点。由于使用了大量的表面活性剂，很难从获得的最后粒子表而除去这些有机物。目前寻求成本低、易回收的表面活性剂，研究微乳液的结构和性质对二氧化锡2012310200127应化1201班王晶颗粒直径的影响是该领域的研究热点。6.超临界流体干燥法临界干燥技术是使被除去的液体处在临界状态，在除去溶刻过程中气液两相不在共存，从而消除表面张力及毛细管作用力防止凝胶的结构塌陷和凝聚，得到具有大孔、高表面积的超细氧化物[7-8]。制备过程中，达到临界状态可通过两种途径，一般是在高压釜中温度和压力同时增加到临界点以上:也有先把压力升到临界压力以上，然后升温并在升温过程中不断放出溶剂，保持所需的压力。例如，发展了超临界干燥法制各纳米二氧化锡气凝胶。各种溶剂作超临界流体抽提干燥剂时，极性溶剂比非极性溶剂抽提效果好。在乙醇、甲醇、异丙醇和苯溶剂的比较中，甲醇最好，制得4～5nm的二氧化锡粒子。7.凝胶一燃烧法凝胶一燃烧法[9]是通过金属硝酸盐(氧化剂)和柠檬酸(燃料)合成纳米晶二氧化锡粉体。利用在较低温度热处理过程中，凝胶快速着火而迅速燃烧，从而获得二氧化锡粉体。8.研究的目的和意义纳米材料以其特有的魅力获得了越来越多的关注，纳米合成为发展新型材料提供了新的途径和新的思路，纳米材料的诞生为复合材料增添了新的内容，为环保、键康、医疗卫生等领域的研究和应用赋予了新的使命。纳米二氧化锡以它的特有性质，被广泛应用于涂料、传感器、功能陶瓷、光催化剂、油墨、化妆品、食品包装材料、化纤等领域。而且，随着近年来环境闯题的日益严峻，纳米二氧化锡以其独有的优势受到了前所未有的重视，从而使二氧化锡的应用范围得到了极大的拓展[10]。【参考文献】[1]J．L．Shi，eta1．J．Mater．Sci，1995(30)：5508[2]J．L．Shi，eta1．J．Eur．Ceram．Soc，1993(13)：265[3]J．L．Shi，eta1．J．．Mater．Sci，1995(30)：793[4]李燕，陈祖耀．纳米级TiO：超细粉的水热合成及结构相变的研究[J]．安徽建筑工业学院学报，1997，5(1)：39—41．[5]陈祖耀，胡俊宝，张酣等，低温等离子体化学法制备Sn02超微粒子粉末[J]．硅酸盐学报，1986，14(3)：326[6]M．Y．Flan，霄．Huang，C．H．Chew，etal，Phys．Chem．B．，1998，102，1884．[7]ZhuYingjie，QianYitaiet．a1．，J．Alloys．andCompounds．221(1995)L4～LS[8]ZhuYingjie。QianYitaiet．a1．，J，Mater．Sci．Lett．3(1994)2012310200127应化1201班王晶[9]吴孟强，张其翼，陈艾．凝胶一燃烧法合成纳米晶SnOz粉体[J]．硅酸盐学报，2002．30(2)：247—251[10]何升明液相直接沉淀法制备纳米二氧化锡本体粉体工艺研究2007.62.第二次作业2.1画出实验室制备乙酸乙酯的方程式，实验装置图H3COHO+H3COHH2SO4H3COCH3O+H2O加热操作过程：A.H3COHO的作图(1)点击直链，在绘图区适当的地方单击，出现如下窗口：输入“3”，点击“Add“，出现(2)选择单键，在中间的C上单击，出现再次点击新出现的单键，出现(3)点击文本，点击双键上方，输入”O”，出现2012310200127应化1201班王晶(4)同样，输入和（注意：输入CH3时选择状态栏里的）B.其他分子结构的作图(5)用同样的方法，作出其他分子的结构：和C.式中符号及小分子的绘制(6)点击，选择合适的方程等号(7)式中，”H2O”、”H2SO4“、”+”均通过文本输入产生操作过程：2012310200127应化1201班王晶点击，选择Clipwarepart1、Clipwarepart2，在所列出的仪器中选择合适的仪器，通过套索选择或矩形选择，选定想要移动的仪器进行拖拽，将各仪器置于合适的位置。2.2画出如下的方程式+AlCl3CH3XCH3操作过程：A.苯环和甲苯的结构作图：(1)苯环：选择，在绘图区合适位置单击同时按住Ctrl键，出现(2)甲苯：在苯环的基础上，选择，点击苯环最上方的C，选择，点击最上方的碳原子，输入”CH3”,如图：B.式中符号及小分子的绘制(3)点击，选择合适的方程等号，如图：(4)式中，”CH3X”、”AlCl3”、”+”均通过文本输入产生2.3画出二茂铁的结构Fe操作过程：(1)点击工具栏中，选择“CpRings”，选择合适的水平环戊二烯2012310200127应化1201班王晶(2)选中画好的换戊二烯，点击状态栏中”Structure”,选择”AddMulti-CenterAttachment”，出现(3)选择工具栏中单键，点击星号出现位置；选中所画出的单键，点击“Object”,选择“Sendtoback”(4)点击单键下端，通过文本输入“Fe”(5)同样方法作出下面的环戊二烯，并用单键连接铁原子，最终得到二茂铁的结构3.第三次作业3.1画出阿司匹林的3D球棍模型图，预测熔点，凝点，临界压力及进行几何构型优化，显示键长数据。几何构型优化前几何构型优化后OOHOOCH32012310200127应化1201班王晶操作过程：(1)在ChemDraw中画出阿司匹林结构式（如下图），cdx文件到磁盘：OOHOOCH3(2)在Chem3D中打开所存的阿司匹林结构式的文件，将模式选为球棍型(Ball&Stick)：(3)点击“Calculations”,选择“ComputeProperties“，在窗口选中“MeltingPoint”和“CriticalPressure”，点击“Add“，显示结果：熔点432.56K，临界压力35.7707bar2012310200127应化1201班王晶(4)点击“Calculations“，选中”MM2“，点击”MinimizeEnergy“，利用MM得到最低能量构象，即为优化后的几何构型(5)点击“Structure”，选中“Mesurement”，点击“BondLengths”，得到25种键长数据，如上图所示。3.2计算苯甲醛的HOMO和LUMO轨道OHLUMO轨道表面2012310200127应化1201班王晶HOMO轨道表面4.第四次作业4.1试利用Origin软件，作出抗蚜威的标准工作曲线、回归方程及相关系数，并利用回归方程计算出茶叶样品中的抗蚜威的含量。液相色谱-质谱法（LC-MS）测定茶叶中抗蚜威浓度水平12345茶叶样品中的抗蚜威标样浓度(mg/L)0.0100.0500.100.501.0色谱峰面积18855789151818479768751968186215189991422012310200127应化1201班王晶0.00.20.40.60.81.001000000020000000色谱峰面积标样浓度(mg/L)色谱峰面积拟合标准曲线茶叶中抗蚜威色谱标准曲线Equationy=a+b*xWeightNoWeightingResidualSumofSquares2.50691E11Pearson'sr0.99971Adj.R-Square0.99927ValueStandardError色谱峰面积Intercept0--Slope1.83976E7222795.53349线性拟合直线，由拟合结果何以得知线性拟合的方程为：71.8