Zeta电位:如何界定纳米材料表面电荷?

Zeta电位:如何界定纳米材料表面电荷?

首先,我们需要知道,什么是双电层?

电极的金属相为良导体,过剩电荷集中在表面;电解质的电阻较大,过剩电荷只部分紧贴相界面,称紧密层(compact double layer)或stern层;余下部分呈分散态,称扩散层(diffuse double layer)。这样,在电极的金属-电解质两相界面存在电势,将产生双电层(electrical double layer),其总厚度一般约为0.2-20纳米。(具体可参考傅献彩《物理化学》,维基百科)

图1.固体表面双电层模型简化示意图

(注:图片来自wikipedia)

是不是感觉听的云山雾海?哈哈,不要紧,简单来说,胶体纳米颗粒带电,是因为纳米颗粒表面拥有一层电位离子,电位离子层通过静电作用,把溶液中电荷相反的离子吸引到胶核周围。吸附正离子带正电,吸附负离子带负电。由于整个溶液是电中性的,故还应有等量的反离子存在。这样,在纳米材料周围介质的相间界面区域就形成双电层。

一是内层区,称为Stern层,其中离子与粒子紧紧地结合在一起;另一个是外层扩散区,其中离子不那么紧密的与粒子相吸附。在扩散区内,有一个抽象边界,在边界内的离子和粒子形成稳定实体。当粒子运动时(如由于重力),在此边界内的离子随着粒子运动,但此边界外的离子不随着粒子运动,这个边界称为流体力学剪切面(slipping plane)。

我们所说的Zeta电位就是指胶体纳米粒子在剪切面处到体相溶液之间的电位。以稳定的纳米水溶胶为例,如果纳米粒子表面带有氨基,就会吸附溶液中的负电荷离子形成stern层,此时stern层含有大量负电荷,但是电位仍是正的。然后随着离颗粒表面越远,负电荷越来越少,直到剪切面(slipping plane),虽然还是有负电荷的存在,但是电位也是正的(这个电位就是Zeta电位),只是绝对值又有所减少。

因此,纳米颗粒本身带不带电荷或者带什么电荷并不重要,重要的是,如果Zeta电位仪检测得到的是正值,就说明纳米颗粒整体表现出来的是正电荷,我们称之为纳米颗粒表面带正电;如果Zeta电位仪检测得到的是负值,就说明纳米颗粒整体表现出来的是负电荷,我们称之为吗,颗粒表面带负电荷。

图2. 纳米颗粒在介质中的表面电荷和电位简易示意图

(注:图片来自wikipedia)

纳米颗粒表面酸性基团的离解会使表面带上负电,颗粒表面碱性基团的离解会使表面带上正电。

图3. 纳米颗粒整体表面正负电荷来源举例

Zeta电位是评估纳米粒子在介质中是否能够稳定分散的重要指标,对于纳米材料的应用体系具有非常重要的指导意义。那么,为什么Zeta电位和纳米粒子的稳定性如此相关?如何通过Zeta电位研究提高纳米粒子的稳定性?Zeta电位的核心影响因素有哪些呢?下一期,我们将具体讲解纳米材料表面电荷与稳定性的关系及其核心要素!

来源:http://nanoer.net/showinfo-32-4125.html

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