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纳米氧化铈水溶胶的形貌和等电点

已有 275 次阅读 2025-5-14 14:15 |个人分类:理论知识|系统分类:论文交流

【全文内容】本文通过强制水解法，以硫酸铈和硝酸铈为前驱体制备了纳米氧化铈水溶胶，利用HRTEM、XRD、DLS等手段分析其形貌和等电点（IEP）。结果表明，颗粒呈多晶立方结构，尺寸分别为4.4 nm（硝酸铈前驱体）和8.6 nm（硫酸铈前驱体）。在KNO₃溶液中，氧化铈的 IEP 为 7.6±0.2，而SO₄²⁻离子的特异性吸附使 IEP 降至 6.7。颗粒尺寸随 pH 升高而增大，在IEP 处达到最大值，反映了表面电荷对颗粒团聚的影响。

1. 零电荷点（Point of Zero Charge, PZC）和等电点（Isoelectric Point, IEP）的区别

零电荷点（PZC）：固体表面净电荷为零时的溶液 pH 值，即表面吸附的正负电荷数量相等，表面电荷密度为零。本质：表面本身的热力学性质，仅由表面基团（如羟基）的质子化 / 去质子化平衡决定，不考虑溶液中离子的特异性吸附（如电解质离子的吸附）。当正负电荷相等时的 pH 即为 PZC。

等电点（IEP）：颗粒在电场中电泳迁移率为零时的溶液 pH 值，此时颗粒的Zeta 电位（ζ 电位）为零。本质：颗粒在溶液中的动力学性质，不仅与表面羟基化平衡有关，还受溶液中特异性离子吸附（如电解质离子、配体）的影响。当 pH=IEP 时，颗粒间静电排斥消失，易发生团聚，且团聚的颗粒粒径达到最大

小结：IEP 是判断颗粒稳定性的直接指标：当 pH 远离 IEP 时，Zeta 电位绝对值大，稳定性高；接近 IEP 时，团聚倾向强（如氧化铈溶胶在 IEP 处粒径最大）。PZC 则用于基础表面性质研究，如判断表面亲疏水性、离子交换能力。无特异性吸附时，PZC = IEP；存在吸附时，IEP 是 PZC 的 “偏移值”，反映表面电荷的实际状态。

2. 非特异性吸附离子和特异性吸附离子的区别？

非特异性吸附离子是指仅通过物理作用（静电吸引、离子氛效应）吸附在固体表面的离子，不与表面基团（如羟基）发生化学反应或形成专属化学键。它们的吸附行为主要受溶液中离子浓度、电荷符号及表面电势影响。本质特征

作用力：静电吸引（如带正电的表面吸附阴离子，或带负电的表面吸附阳离子）或离子氛的压缩作用（双电层效应）。
可逆性：吸附过程可逆，离子可随溶液条件（如 pH、离子强度）变化而脱附。
对表面电荷的影响：仅改变双电层的扩散层结构（如厚度、电荷分布），不改变表面stern 层的固有电荷（即表面基团的质子化状态）
如下表所示，常见的非特异性吸附离子：碱金属离子：K⁺、Na⁺（电荷低、半径大，静电作用弱），NO₃^-1、ClO₄^-1（电荷分散，不易与表面形成化学键）

背景电解质选择：当使用KNO3作为电解质时，K+和NO3-为非特异性吸附离子，仅影响双电层厚度，不改变表面羟基化平衡，此时测得的 PZC=IEP=7.6±0.2。若加入K2SO4，SO42-为特异性吸附离子（通过配位作用吸附在 Ce⁴⁺位点），引入额外负电荷，导致 IEP 降至 6.7，而 PZC 仍为 7.6（表面固有性质不变）。

3. 固含量和离子强度对颗粒等电点（IEP）是否存在影响

固含量通常不直接影响 IEP，IEP 是颗粒Zeta 电位为零时的 pH 值，由表面基团（如羟基）的质子化平衡和特异性离子吸附决定，与颗粒浓度无直接关联。离子强度的影响需区分非特异性离子K+，NO₃-和特异性吸附离子（如SO4²^-，有机配体）。

非特异性离子会通过静电作用压缩双电层，降低 Zeta 电位绝对值，但不改变 IEP；特异性离子：通过化学作用（配位键、氢键等）吸附在表面，引入额外电荷，显著改变 IEP，如CO32-，SO42-等阴离子吸附会使IEP显著下降，Al3+，Fe3+配位吸附，会使等电点升高。测定 IEP 时，若需获取表面固有性质（如 PZC=IEP），需使用低离子强度的惰性电解质（如 0.01 M (KNO3），排除特异性吸附干扰；若需调控颗粒稳定性（如诱导团聚），可通过添加特异性吸附离子（改变 IEP）或提高非特异性离子强度（压缩双电层）实现。