【正式版】绿色无机合成PPT
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cm 2•V1•s1
实例分析
• 绿色化学是用化学的原理、技术和方法从源头上消除对人 类健康、社区安全、生态环境有害的原料、催化剂、溶剂
、反应产物和副产物等的使用和产生。它的基本思想在于 化学气相沉积包括气体反应物在活性气氛（加热、光照、等离子体）下分解或者发生化学反应，然后形成稳定的固态产物。
采用高选择性的催化剂。
Liu等用金属锌粉、石墨粉、NaCl作为原料，通过CVD途径首次合成了Na掺杂的单晶p型ZnO纳米线。
• 使用安全工艺：选择合适的参加化学过程的物质 及生产工艺，尽量减少发生意外事故的风险。
化学气相沉积法的原理
• CVD的化学反应主要有两种：一种是通过各种初始气体之间的反应 来产生沉积；另一种是通过气相的一个组分与基体表面之间的反应 来沉积。
• 采用高选择性的催化剂。 C进采P绿设r:原行用色计og子 预 高 化 安M层防选学全at次污择合化er,的染性成学,沉的的：品18积现催在：(7方场化合设):1法实剂成计02符时。中具0-合分尽有10“析量高30原：不使子开使用经发用功济实和效性时不和”分产低原析生环理技对境术人毒，类性以健的便康化监和学控环品有境。毒有、毒有、害有物害质的的物生质成。。 • 设解计成可无降 毒解 、化 无学 害品的：物化质学，品并在且使能用进完入后 自应 然能 生够 态降 循 ｆ减设L利ａ减iu．少计用．少W生 不 安 可 反 不,X成必全再应必iu气要化生气要F,体的学资体的Su从衍品源被衍n边生：合强生K,界化设成制化et层步计化导步al到骤具学入骤. 气：有品系：流尽高：统尽主量使尽；量体减用量减的少功采少扩副效用副散产和可产和品低再品流。环生。动境的；毒原性料的，化特学别品是。用生物质代替矿物燃料。 • 环进。行预防污染的现场实时分析：开发实时分析技 K化P图BBX经ier::a气气学1过olnzge相相g气 1Mn浓hB沉沉相b的a,度eWt积积沉e生rg边ra,过过积长nM界,g程程法1，D层8P中中（在(,,BZ7模可可C)hoA:型a1eVr以以气n0tDt示g2c有有）的h0X意e-效效是保1,re图0防防St将护3a0W止止含下l. 废废有冷,P物物e组却ty的的成到ki产产材室ew生生料温ic的，z J一就A种可,e或以t a几在l. 种铁化筛合下物表气面体得导到入高反质应量室的，p型通Z过nO化纳学米反线应。形成所需要的材料的方法。 术，以便监控有毒、有害物质的生成。 ｅ．吸附物从基体解吸；
C:原子层次的沉积方法符合“原子经济性”原理
ｄｂ．．吸 反附应• 物气之体化间由或扩学者散吸和气附整物体相与流气动沉态穿物过积质边之界包间层的；括化学气反应体； 反应物在活性气氛（加热、光照、 CPr:原og子M层at次er,的等,沉18积(离7方):1法0子2符0-合1体0“30原）子经下济性分”原解理 或者发生化学反应，然后形成稳定的固 态产物。化学气相沉积可以用来合成和制备分体材料、块 这种p型ZnO阵列垂直生长在蓝宝石衬底上，石墨粉被用来将 还原为单质P蒸汽，也可以将原料ZnO还原为Zn蒸汽，反应如下：
气流向蓝宝石衬底输送，因此 和 P均2O能5 作为Z掺n3P杂2 元素P的来源。
• 这种p型ZnO纳米线可以作为基体来制造居里温度高于室温的一维稀磁 性半导体（DMS)纳米结构。
图2 蓝宝石衬底生长的p型ZnO纳米线阵列
CVD法合成p型掺杂ZnO纳米线实例二
• Liu等用金属锌粉、石墨粉、NaCl作为原料，通过 CVD途径首次合成了Na掺杂的单晶p型ZnO纳米线 。三种固态粉末混合以后置于氧化铝坩埚中，用 200目的铁筛盖上。在石英管中加热到950℃并同 时通入夹带水蒸气的Ar气流。经过1h的生长，在 Ar气的保护下冷却到室温，就可以在铁筛下表面 得到高 利用可再生资源合成化学品：尽量采用可再生的 原料，特别是用生物质代替矿物燃料。 设计安全化学品：设计具有高使用功效和低环境毒性的化学品。 • 减少不必要的衍生化步骤：尽量减少副产品。 Prog Mater, ,18(7):1020-1030
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CVD法合成p型掺杂ZnO纳米线实例一
• Xiang等[1]用 P2作O为5 磷源，首次展示了用CVD法合成高质量的p型掺
杂ZnO纳米阵列薄膜，见图2 。这种p型ZnO阵列垂直生长在蓝宝石衬底
P O 上，石墨粉被用来将 还2 原5为单质P蒸汽，也可以将原料ZnO还原为Zn
蒸汽，反应如下：
• 产物气液中将含有P 和4 ，Zn同3P2时由于 的P高2O蒸5 汽压，气态的 也会P随2O5
• 绿色化学合成：在合成中尽量不使用和不产生对 人类健康和环境有毒、有害的物质。
• 设计安全化学品：设计具有高使用功效和低环境 毒性的化学品。
• 采用安全的溶剂和助剂：尽量不使用溶剂等辅助 物质，必须使用时应选用无毒、无害的。
• 合理使用和节省能源：生产过程应该在温和的温 度和压力下进行，而且能耗应最低。
• 最典型的是浓度边界层模型（见图1），它比较简单地说明了CVD 工艺中的主要现象———成核和生长的过程。
图1 浓度边界层模型示意图 ａ．反应气体被强制导入系统；ｂ．反应气体由扩散和整体流动穿过边 界层；ｃ．气体在基体表面的吸附；ｄ．吸附物之间或者吸附物与气态 物质之间的化学反应；ｅ．吸附物从基体解吸；ｆ．生成气体从边界层 到气流主体的扩散和流动；ｇ ．气体从系统中强制排出
绿色无机合成
绿色合成及CVD
• 绿色化学的理想在于不再使用有毒有 害物质，不再产生废物，不再处理废 物，是一门从源头上阻止污染的化学
• 化学气相沉积法（CVD）是将含有组 成材料的一种或几种化合物气体导入 反应室，通过化学反应形成所需要的 材料的方法。
绿色化学12条原则
• 原子经济性：合成方法应具有“原子经济性”， 即尽量使参加反应的原子都进入最终产物。
不使用有毒、有害物质，不产生废物，是一门从源头上阻 利用可再生资源合成化学品：尽量采用可再生的原料，特别是用生物质代替矿物燃料。
设计可降解化学品：化学品在使用完后应能够降解成无毒、无害的物质，并且能进入自然生态循环。 利用可再生资源合成化学品：尽量采用可再生的原料，特别是用生物质代替矿物燃料。
Xiang B,Wa止ng P,污Zhan染g X,的et al绿. 色与可持续发展的化学。
实例分析
• 绿色化学是用化学的原理、技术和方法从源头上消除对人 类健康、社区安全、生态环境有害的原料、催化剂、溶剂
、反应产物和副产物等的使用和产生。它的基本思想在于 化学气相沉积包括气体反应物在活性气氛（加热、光照、等离子体）下分解或者发生化学反应，然后形成稳定的固态产物。
采用高选择性的催化剂。
Liu等用金属锌粉、石墨粉、NaCl作为原料，通过CVD途径首次合成了Na掺杂的单晶p型ZnO纳米线。
• 使用安全工艺：选择合适的参加化学过程的物质 及生产工艺，尽量减少发生意外事故的风险。
化学气相沉积法的原理
• CVD的化学反应主要有两种：一种是通过各种初始气体之间的反应 来产生沉积；另一种是通过气相的一个组分与基体表面之间的反应 来沉积。
• 采用高选择性的催化剂。 C进采P绿设r:原行用色计og子 预 高 化 安M层防选学全at次污择合化er,的染性成学,沉的的：品18积现催在：(7方场化合设):1法实剂成计02符时。中具0-合分尽有10“析量高30原：不使子开使用经发用功济实和效性时不和”分产低原析生环理技对境术人毒，类性以健的便康化监和学控环品有境。毒有、毒有、害有物害质的的物生质成。。 • 设解计成可无降 毒解 、化 无学 害品的：物化质学，品并在且使能用进完入后 自应 然能 生够 态降 循 ｆ减设L利ａ减iu．少计用．少W生 不 安 可 反 不,X成必全再应必iu气要化生气要F,体的学资体的Su从衍品源被衍n边生：合强生K,界化设成制化et层步计化导步al到骤具学入骤. 气：有品系：流尽高：统尽主量使尽；量体减用量减的少功采少扩副效用副散产和可产和品低再品流。环生。动境的；毒原性料的，化特学别品是。用生物质代替矿物燃料。 • 环进。行预防污染的现场实时分析：开发实时分析技 K化P图BBX经ier::a气气学1过olnzge相相g气 1Mn浓hB沉沉相b的a,度eWt积积沉e生rg边ra,过过积长nM界,g程程法1，D层8P中中（在(,,BZ7模可可C)hoA:型a1eVr以以气n0tDt示g2c有有）的h0X意e-效效是保1,re图0防防St将护3a0W止止含下l. 废废有冷,P物物e组却ty的的成到ki产产材室ew生生料温ic的，z J一就A种可,e或以t a几在l. 种铁化筛合下物表气面体得导到入高反质应量室的，p型通Z过nO化纳学米反线应。形成所需要的材料的方法。 术，以便监控有毒、有害物质的生成。 ｅ．吸附物从基体解吸；
C:原子层次的沉积方法符合“原子经济性”原理
ｄｂ．．吸 反附应• 物气之体化间由或扩学者散吸和气附整物体相与流气动沉态穿物过积质边之界包间层的；括化学气反应体； 反应物在活性气氛（加热、光照、 CPr:原og子M层at次er,的等,沉18积(离7方):1法0子2符0-合1体0“30原）子经下济性分”原解理 或者发生化学反应，然后形成稳定的固 态产物。化学气相沉积可以用来合成和制备分体材料、块 这种p型ZnO阵列垂直生长在蓝宝石衬底上，石墨粉被用来将 还原为单质P蒸汽，也可以将原料ZnO还原为Zn蒸汽，反应如下：
气流向蓝宝石衬底输送，因此 和 P均2O能5 作为Z掺n3P杂2 元素P的来源。
• 这种p型ZnO纳米线可以作为基体来制造居里温度高于室温的一维稀磁 性半导体（DMS)纳米结构。
图2 蓝宝石衬底生长的p型ZnO纳米线阵列
CVD法合成p型掺杂ZnO纳米线实例二
• Liu等用金属锌粉、石墨粉、NaCl作为原料，通过 CVD途径首次合成了Na掺杂的单晶p型ZnO纳米线 。三种固态粉末混合以后置于氧化铝坩埚中，用 200目的铁筛盖上。在石英管中加热到950℃并同 时通入夹带水蒸气的Ar气流。经过1h的生长，在 Ar气的保护下冷却到室温，就可以在铁筛下表面 得到高 利用可再生资源合成化学品：尽量采用可再生的 原料，特别是用生物质代替矿物燃料。 设计安全化学品：设计具有高使用功效和低环境毒性的化学品。 • 减少不必要的衍生化步骤：尽量减少副产品。 Prog Mater, ,18(7):1020-1030
图ａ图设2．2计蓝蓝反 安宝宝应全石石气化衬衬体学底底被品生生强：长长制设的的导计pp入具型型系有ZZ统高nnOO；使纳纳用米米功线线效阵阵和列列低环境毒性的化学品。
CVD法合成p型掺杂ZnO纳米线实例一
• Xiang等[1]用 P2作O为5 磷源，首次展示了用CVD法合成高质量的p型掺
杂ZnO纳米阵列薄膜，见图2 。这种p型ZnO阵列垂直生长在蓝宝石衬底
P O 上，石墨粉被用来将 还2 原5为单质P蒸汽，也可以将原料ZnO还原为Zn
蒸汽，反应如下：
• 产物气液中将含有P 和4 ，Zn同3P2时由于 的P高2O蒸5 汽压，气态的 也会P随2O5
• 绿色化学合成：在合成中尽量不使用和不产生对 人类健康和环境有毒、有害的物质。
• 设计安全化学品：设计具有高使用功效和低环境 毒性的化学品。
• 采用安全的溶剂和助剂：尽量不使用溶剂等辅助 物质，必须使用时应选用无毒、无害的。
• 合理使用和节省能源：生产过程应该在温和的温 度和压力下进行，而且能耗应最低。
• 最典型的是浓度边界层模型（见图1），它比较简单地说明了CVD 工艺中的主要现象———成核和生长的过程。
图1 浓度边界层模型示意图 ａ．反应气体被强制导入系统；ｂ．反应气体由扩散和整体流动穿过边 界层；ｃ．气体在基体表面的吸附；ｄ．吸附物之间或者吸附物与气态 物质之间的化学反应；ｅ．吸附物从基体解吸；ｆ．生成气体从边界层 到气流主体的扩散和流动；ｇ ．气体从系统中强制排出
绿色无机合成
绿色合成及CVD
• 绿色化学的理想在于不再使用有毒有 害物质，不再产生废物，不再处理废 物，是一门从源头上阻止污染的化学
• 化学气相沉积法（CVD）是将含有组 成材料的一种或几种化合物气体导入 反应室，通过化学反应形成所需要的 材料的方法。
绿色化学12条原则
• 原子经济性：合成方法应具有“原子经济性”， 即尽量使参加反应的原子都进入最终产物。
不使用有毒、有害物质，不产生废物，是一门从源头上阻 利用可再生资源合成化学品：尽量采用可再生的原料，特别是用生物质代替矿物燃料。
设计可降解化学品：化学品在使用完后应能够降解成无毒、无害的物质，并且能进入自然生态循环。 利用可再生资源合成化学品：尽量采用可再生的原料，特别是用生物质代替矿物燃料。
Xiang B,Wa止ng P,污Zhan染g X,的et al绿. 色与可持续发展的化学。