2025年大學(xué)《能源化學(xué)》專業(yè)題庫(kù)——銀納米顆粒催化劑的合成考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、填空題1.化學(xué)還原法合成銀納米顆粒時(shí)，常用的還原劑包括______、______等，其還原機(jī)理通常涉及______和______兩個(gè)關(guān)鍵步驟。2.為了防止合成的銀納米顆粒在后續(xù)應(yīng)用中發(fā)生團(tuán)聚，常需要加入______，其作用是______。3.通過(guò)______技術(shù)可以獲得銀納米線或銀納米管等特定形貌的納米顆粒，形貌控制對(duì)AgNPs的______和______有顯著影響。4.在透射電子顯微鏡(TEM)圖像中，銀納米顆粒的______反映了其分散程度；X射線衍射(XRD)圖譜主要用于分析AgNPs的______。5.銀納米顆粒在可見(jiàn)光催化降解有機(jī)污染物方面展現(xiàn)出應(yīng)用潛力，其催化活性與光照波長(zhǎng)、AgNPs的______、以及污染物性質(zhì)等因素密切相關(guān)。6.在電催化析氫反應(yīng)中，銀納米顆粒的______和______是影響其催化性能的關(guān)鍵因素。7.為了提高銀納米顆粒在酸性或堿性介質(zhì)中的穩(wěn)定性和催化活性，可以構(gòu)建______結(jié)構(gòu)，例如將AgNPs負(fù)載在______載體上。8.安全操作化學(xué)合成銀納米顆粒的實(shí)驗(yàn)時(shí)，必須避免______，并妥善處理含有______的廢液。9.基于綠色化學(xué)理念，合成銀納米顆粒時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選擇______、______的合成路線。10.銀納米顆粒具有優(yōu)異的光學(xué)性質(zhì)，其表面等離激元共振(SPR)吸收峰的位置和強(qiáng)度與AgNPs的______和______有關(guān)。二、選擇題1.下列哪種方法通常不適用于大規(guī)模、低成本地合成高質(zhì)量的銀納米顆粒？()A.化學(xué)還原法B.微乳液法C.溶膠-凝膠法D.電化學(xué)沉積法2.在化學(xué)還原法合成銀納米顆粒的過(guò)程中，升高反應(yīng)溫度通常會(huì)導(dǎo)致：()A.粒徑減小，分布變窄B.粒徑增大，分布變寬C.粒徑減小，分布變寬D.粒徑增大，分布變窄3.下列哪種物質(zhì)不適合作為合成銀納米顆粒的穩(wěn)定劑或表面修飾劑？()A.聚乙烯吡咯烷酮(PVP)B.沒(méi)有碳鏈的硫醇類化合物C.聚乙烯醇(PVA)D.沉積物法制備時(shí)使用的惰性氣體4.X射線光電子能譜(XPS)主要用于分析銀納米顆粒的：()A.尺寸和形貌B.晶體結(jié)構(gòu)和相組成C.表面元素組成和化學(xué)態(tài)D.比表面積和孔隙結(jié)構(gòu)5.銀納米顆粒在光催化領(lǐng)域的一個(gè)主要局限性是：()A.光吸收能力弱B.催化活性普遍較低C.長(zhǎng)期穩(wěn)定性差D.成本過(guò)高6.對(duì)于電催化析氫反應(yīng)，將銀納米顆粒與貴金屬鉑(Pt)復(fù)合，主要目的是：()A.降低成本B.提高導(dǎo)電性C.提高催化活性D.增強(qiáng)對(duì)特定電解質(zhì)的穩(wěn)定性7.下列哪種結(jié)構(gòu)通常不會(huì)顯著提高銀納米顆粒的催化活性？()A.核殼結(jié)構(gòu)B.介孔結(jié)構(gòu)C.立方體結(jié)構(gòu)D.表面官能團(tuán)化8.在水熱或溶劑熱法合成銀納米顆粒時(shí)，高溫高壓環(huán)境的主要優(yōu)勢(shì)是：()A.可以使用更廉價(jià)的還原劑B.有利于納米顆粒的均勻分散C.可以抑制副反應(yīng)的發(fā)生D.可以縮短反應(yīng)時(shí)間，獲得更小的粒徑9.下列哪種應(yīng)用是銀納米顆粒在能源化學(xué)領(lǐng)域最成熟的商業(yè)化應(yīng)用之一？()A.作為電催化劑用于燃料電池B.作為光催化劑用于太陽(yáng)能分解水C.作為催化劑用于有機(jī)小分子合成D.作為添加劑用于鋰離子電池電極材料10.銀納米顆粒的催化性能與其表面原子態(tài)密切相關(guān)，XPS中Ag3d峰的結(jié)合能可以用來(lái)判斷：()A.粒徑大小B.形貌是否規(guī)則C.Ag原子是處于0價(jià)、+1價(jià)還是+2價(jià)等化學(xué)態(tài)D.載體材料的種類三、簡(jiǎn)答題1.簡(jiǎn)述化學(xué)還原法合成銀納米顆粒過(guò)程中，反應(yīng)溫度、還原劑濃度、前驅(qū)體濃度這三個(gè)因素分別如何影響最終產(chǎn)物的粒徑。2.解釋什么是銀納米顆粒的表面等離激元共振現(xiàn)象，并簡(jiǎn)述其與納米顆粒尺寸、形貌的關(guān)系。3.簡(jiǎn)述負(fù)載型銀納米顆粒催化劑相比于非負(fù)載型催化劑在催化性能方面的優(yōu)勢(shì)。4.結(jié)合綠色化學(xué)原則，簡(jiǎn)述設(shè)計(jì)一種環(huán)境友好型合成銀納米顆粒的方法需要考慮的關(guān)鍵點(diǎn)。四、論述題1.比較化學(xué)還原法和光化學(xué)合成法兩種制備銀納米顆粒的方法，從反應(yīng)條件、操作便捷性、產(chǎn)物純度、成本以及對(duì)環(huán)境污染等方面進(jìn)行綜合分析和討論。2.銀納米顆粒在能源化學(xué)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，請(qǐng)選擇其中一個(gè)具體應(yīng)用方向（如光催化降解、電催化、CO2轉(zhuǎn)化等），詳細(xì)論述銀納米顆粒在該應(yīng)用中展現(xiàn)出的優(yōu)勢(shì)、面臨的挑戰(zhàn)以及未來(lái)的發(fā)展方向。3.假設(shè)你需要合成一種具有高催化活性的銀納米顆粒，用于在堿性介質(zhì)中催化有機(jī)物的選擇性氧化。請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)合理的合成方案，并說(shuō)明選擇該方法以及后續(xù)可能需要進(jìn)行哪些結(jié)構(gòu)調(diào)優(yōu)（如形貌、尺寸、摻雜、載體等）來(lái)進(jìn)一步提高催化性能，并簡(jiǎn)要解釋原因。試卷答案一、填空題1.還原性金屬離子/有機(jī)還原劑；還原反應(yīng)；表面成核與生長(zhǎng)2.穩(wěn)定劑/表面活性劑；阻止或延緩顆粒團(tuán)聚3.聚焦離子束刻蝕/模板法/溶膠-凝膠法（任一合理答案）；光學(xué)性質(zhì)；催化活性4.形貌/尺寸；晶體結(jié)構(gòu)/物相組成5.尺寸/形貌；分散性6.比表面積；電子結(jié)構(gòu)（或d帶中心位置）7.核殼結(jié)構(gòu)/納米復(fù)合材料；活性炭/二氧化硅/氧化鋁（任一合理答案）8.自燃物/易燃易爆物；銀鹽9.原位還原法；溶劑可回收/毒性小的還原劑和穩(wěn)定劑10.尺寸；形貌二、選擇題1.D2.B3.B4.C5.C6.C7.C8.D9.C10.C三、簡(jiǎn)答題1.解析思路:分析溫度對(duì)反應(yīng)速率、成核速率、生長(zhǎng)速率的影響。高溫通常加速反應(yīng)和生長(zhǎng)，可能導(dǎo)致粒徑增大、分布變寬；低溫則相反。還原劑濃度高，提供更多還原原子，促進(jìn)生長(zhǎng)，使粒徑增大；濃度低則限制生長(zhǎng)，粒徑較小。前驅(qū)體濃度高，單位時(shí)間內(nèi)形成更多銀原子核，導(dǎo)致核數(shù)增多，最終粒徑變小，但可能分布變寬。2.解析思路:解釋SPR現(xiàn)象的物理本質(zhì)（自由電子集體振蕩吸收光能），說(shuō)明其波長(zhǎng)與粒徑、形貌（表面等離子體共振峰的位置紅移或藍(lán)移，分別對(duì)應(yīng)尺寸增大或形貌變化如變成納米棒等）的關(guān)系。3.解析思路:從提高分散性、增加比表面積、便于回收利用、降低成本等角度闡述負(fù)載作用。負(fù)載在惰性或活性載體上可以有效防止納米顆粒在催化過(guò)程中團(tuán)聚，增大有效接觸面積，便于催化劑的分離和重復(fù)使用，有時(shí)載體本身也能提供活性位點(diǎn)或改善電子傳遞。4.解析思路:強(qiáng)調(diào)原子經(jīng)濟(jì)性、使用可再生/可降解的原料、減少有害溶劑使用、降低能耗、減少?gòu)U棄物排放等原則。例如，選用葡萄糖等生物質(zhì)作為還原劑，使用超臨界流體作為反應(yīng)介質(zhì)，選擇可生物降解的表面修飾劑等。四、論述題1.解析思路:對(duì)比兩種方法的原理、條件（溫度、壓力、光源、添加劑等）、操作復(fù)雜度（是否需要外場(chǎng)、攪拌等）、產(chǎn)物純度（副產(chǎn)物多少）、成本（原料、設(shè)備、能耗）、環(huán)境影響（溶劑、廢液處理）等方面。化學(xué)還原法條件相對(duì)溫和，操作簡(jiǎn)單，成本較低，但產(chǎn)物純度可能不高，易團(tuán)聚；光化學(xué)合成法可以在溫和條件下進(jìn)行，易于控制形貌，但可能需要特殊光源，能耗較高，且對(duì)光穩(wěn)定性和副反應(yīng)控制要求高。2.解析思路:選擇具體應(yīng)用方向后，需結(jié)合銀納米顆粒的特性（如表面等離子體效應(yīng)、較寬的可見(jiàn)光吸收范圍、良好的導(dǎo)電性等）闡述其優(yōu)勢(shì)（如光催化降解中SPR效應(yīng)增強(qiáng)光吸收，提高量子效率；電催化中導(dǎo)電性好促進(jìn)電荷轉(zhuǎn)移等）。同時(shí)也要指出挑戰(zhàn)（如光生電子-空穴對(duì)分離效率低、易團(tuán)聚失活、成本較貴金屬高、穩(wěn)定性等）。最后展望未來(lái)方向（如開(kāi)發(fā)新型核殼結(jié)構(gòu)、異質(zhì)結(jié)、缺陷工程、缺陷銀基復(fù)合材料等來(lái)提高活性、選擇性和穩(wěn)定性；與其他技術(shù)結(jié)合如光-電協(xié)同等）。3.解析思路:設(shè)計(jì)合成方案需考慮如何在堿性條件下有效還原銀鹽并控制尺寸形貌。例如，選擇堿性條件下穩(wěn)定的還原劑（如葡萄糖、乙二醇等）和穩(wěn)定劑（如聚乙烯吡咯烷酮、氨水等），控制反應(yīng)溫度和時(shí)間以獲得目標(biāo)尺寸的納米顆粒。結(jié)構(gòu)調(diào)優(yōu)可以從多個(gè)方面入手：形貌控制（如通過(guò)