2025年大學(xué)納米材料與技術(shù)（納米材料研發(fā)）試題及答案

（考試時間：90分鐘滿分100分）班級______姓名______第I卷（選擇題共30分）答題要求：本大題共10小題，每小題3分。在每小題給出的四個選項中，只有一項是符合題目要求的。請將正確答案的序號填在括號內(nèi)。1.納米材料的粒徑范圍通常是（）A.1-100nmB.1-10nmC.10-100nmD.100-1000nm2.下列哪種制備方法不屬于納米材料的化學(xué)制備方法（）A.沉淀法B.水熱法C.機(jī)械球磨法D.溶膠-凝膠法3.納米材料的表面效應(yīng)會導(dǎo)致其（）A.熔點升高B.活性降低C.吸附能力增強(qiáng)D.溶解性變差4.納米金顆粒在可見光下呈現(xiàn)紅色是因為（）A.量子尺寸效應(yīng)B.表面效應(yīng)C.小尺寸效應(yīng)D.宏觀量子隧道效應(yīng)5.制備納米TiO?常用的前驅(qū)體是（）A.TiCl?B.Ti(OH)?C.TiO(NO?)?D.TiSO?6.納米材料的比表面積隨著粒徑減小而（）A.減小B.不變C.增大D.先增大后減小7.水熱法制備納米材料時，反應(yīng)溫度一般在（）A.100℃以下B.100-200℃C.200-300℃D.300℃以上8.納米碳管的結(jié)構(gòu)屬于（）A.零維納米材料B.一維納米材料C.二維納米材料D.三維納米材料9.納米材料的小尺寸效應(yīng)會使材料的（）A.顏色發(fā)生變化B.硬度降低C.磁性減弱D.導(dǎo)電性不變10.下列哪種納米材料可用于生物醫(yī)學(xué)成像（）A.納米銀B.納米二氧化硅C.納米金D.納米氧化鋅第II卷（非選擇題共70分）二、填空題（每題3分，共15分）1.納米材料的四大效應(yīng)分別是______、______、______、______。2.沉淀法制備納米材料可分為______沉淀法和______沉淀法。3.納米材料的表征方法有______、______、______等（至少寫出三種）。4.納米TiO?在光催化領(lǐng)域的主要應(yīng)用包括______、______等。5.制備納米金屬材料常用的還原劑有______、______等。三、簡答題（每題10分，共30分）1.簡述溶膠-凝膠法制備納米材料的原理及優(yōu)缺點。2.納米材料在催化領(lǐng)域有哪些優(yōu)勢？3.如何提高納米材料的分散性？四、材料分析題（共15分）材料：近年來，納米材料在能源領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。例如，納米TiO?作為光催化劑可用于分解水制氫。在光照條件下，納米TiO?吸收光子產(chǎn)生電子和空穴，電子與水中的氫離子結(jié)合生成氫氣，空穴則與水反應(yīng)生成氧氣。然而，納米TiO?的光催化效率仍有待提高，主要原因在于其光生載流子的復(fù)合率較高。研究人員通過對納米TiO?進(jìn)行表面修飾，如負(fù)載貴金屬（如Pt）等方法，有效降低了光生載流子的復(fù)合率，提高了光催化效率。問題：1.請分析納米TiO?光催化分解水制氫的反應(yīng)過程。（5分）2.說明表面修飾負(fù)載貴金屬提高納米TiO?光催化效率的原理。（5分）3.結(jié)合材料，談?wù)劶{米材料在能源領(lǐng)域應(yīng)用面臨的挑戰(zhàn)及解決策略。（5分）五、論述題（共20分）論述納米材料研發(fā)在未來科技發(fā)展中的重要地位和作用，并舉例說明納米材料在至少兩個不同領(lǐng)域的具體應(yīng)用及發(fā)展前景。答案：第I卷1.A2.C3.C4.A5.A6.C7.B8.B9.A10.C第II卷二、1.小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)；量子尺寸效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)2.直接、均勻3.X射線衍射、透射電子顯微鏡、掃描電子顯微鏡、原子力顯微鏡、比表面積分析儀等4.污水處理、空氣凈化5.硼氫化鈉、水合肼三、1.溶膠-凝膠法原理：通過金屬有機(jī)化合物或金屬無機(jī)鹽等前驅(qū)體在液相中發(fā)生水解、縮聚反應(yīng)，形成溶膠，再經(jīng)溶劑揮發(fā)或加熱等處理使溶膠轉(zhuǎn)變?yōu)槟z，最后經(jīng)干燥、煅燒等得到納米材料。優(yōu)點：反應(yīng)條件溫和，可制備高純度、均勻性好的納米材料；能精確控制材料組成和結(jié)構(gòu)。缺點：原料成本較高；干燥過程易產(chǎn)生收縮和裂紋。2.納米材料在催化領(lǐng)域優(yōu)勢：具有極大的比表面積，提供更多活性位點；可通過表面修飾調(diào)控催化性能；能實現(xiàn)高效的選擇性催化反應(yīng)；在溫和條件下也可能具有良好催化活性。3.提高納米材料分散性方法：選擇合適的表面活性劑進(jìn)行表面改性；采用超聲分散、機(jī)械攪拌等物理方法；控制制備過程條件，減少團(tuán)聚；對納米材料進(jìn)行預(yù)處理，如表面包覆等。四、1.在光照下，納米TiO?吸收光子，價帶電子躍遷到導(dǎo)帶，產(chǎn)生電子和空穴。電子與水中氫離子結(jié)合生成氫氣，空穴與水反應(yīng)生成氧氣。2.負(fù)載貴金屬后，貴金屬與納米TiO?形成肖特基勢壘，抑制了光生電子和空穴的復(fù)合，使更多光生載流子參與催化反應(yīng)，從而提高光催化效率。3.挑戰(zhàn)：納米材料光生載流子復(fù)合率高，影響其應(yīng)用效率。策略：對納米材料進(jìn)行表面修飾，如負(fù)載貴金屬等，降低光生載流子復(fù)合率，提高其在能源領(lǐng)域應(yīng)用的性能。五、納米材料研發(fā)在未來科技發(fā)展中具有極其重要的地位和作用。納米材料獨特的物理化學(xué)性質(zhì)使其成為推動眾多領(lǐng)域發(fā)展的關(guān)鍵力量。在電子領(lǐng)域，納米尺度的晶體管可大幅提高芯片性能