无机合成化学

◇ 高的储氢容量 储氢合金的化学合成：
2. 无机合成基本问题
2.1 无机合成化学与反应规律问题
• 具有一定结构、性能的新型无机化合物或无机材料 合成路线的设计和选择，化合物或材料合成途径和 方法的改进及创新是无机合成研究的主要对象。
• 无机合成从常规合成到特殊实验技术合成，以至正 在兴起的定向设计合成，都是随着人们对合成化学 及反应规律认识的不断加深而发展起来的。
二、软化学合成
与极端条件下的合成化学相对应的是在温和条件下功能无机 材料的合成与晶化, 即温和条件下的合成或软化学合成。 正是具 有对实验设备要求简单和化学上的易控性和可操作性特点, 因而 在无机材料合成化学的研究领域中占有一席之地。
符合实用要求的储氢合金应满足的条件：
◇ 价格或制造成本低廉
◇ 原料易得
各种常规的 化学分析
X射线粉末衍射
差热、热 重分析
NMR UV-Vis
各类光谱
IR Raman
EPR
红外热波无损检测技术
一
些
Low energy electron diffraction, LEED
特
种
Augur electron spectrum, AES
的
现
Ion scattering spectrum, ISS
第一章 绪论
1.研究的意义 2.无机合成几个基本问题 3.若干前沿课题 4.有关参考书及网络资源 5.考核方式
1.研究的意义
新材料
2002年12月31日，上海磁浮列车 驶出浦东国际机场站
材料的分类
• 金属材料 • 无机非金属材料（无机材料） • 高分子材料 • 复合材料
无机非金属材料（无机材料）
一些典型材料的研究报道
高性能铝离子电池
美国斯坦福大学化学戴宏杰教授课题组研制出首款可能商业应用的高性 能铝电池，其充电更快、寿命更长而且还很便宜，使用这种电池的智能 手机充满电仅需一分钟。新型电池可取代目前广泛使用但仍有不足的锂 离子电池和碱性电池。该研究发表在《Nature》杂志上。
碳 的 同 素 异 形 体
在超高真空下台成；
特种合成 技术和操作
特种合成 路线和方法
2.3 无机合成中的分离问题
❖ 合成和分离是两个紧密相连的问题。 ❖ 无机材料既对组成（包括微量掺杂）又对结构有
特定要求，因而使用的分离方法更多更复杂一些。 ❖ 注重反应的定向性与反应原子的经济性，尽力减
少副产物与废料，使反应产物的组成、结构符合合 成的要求。
定义：由非金属单质及金属与非金属元素组成的化合物 所构成的材料。
氧化铝陶瓷
❖红宝石和蓝宝石的主要成分都是 Al2O3 ❖热学：熔点很高，可作高级耐火 材料，如坩埚、高温炉管等。 ❖ 力学：硬度大，可以制造实验 室使用的刚玉磨球机。 ❖ 光学：用高纯度的原料，使用 先进工艺，还可以使氧化铝陶瓷变 得透明，可制作高压钠灯的灯管。
Baidu Nhomakorabea
✓电池界的向日葵， 新型太阳能电池可随 太阳移动
迪拜市政府公布了一款名为Smartflower可以跟着太阳的走向自动调节方向的太阳能电池 板。只要太阳升起，Smartflower的“花瓣”就会自动打开，到了晚上，它的太阳能板又 会自动折叠起来，整个过程完全自动化。此外该电池配置了自动侦测风速感应器，当风 速达到一定级别或者遇着下雨天了，“花瓣”就会自动闭合以保护那些太阳能电池板， 而等天气转好后，Smartflower又会自动开启。可以说这朵“向日葵”真正做到了将植物 性能完美融合到科技中并加以利用
研究人员近日利用纤维素作为原料，制成了更高效更持久的能 量储存设备以及电容器，这一最新研究成果将极大地促进可穿 戴设备、便携电子设备以及电动汽车等的发展。
该研究成果已经发表在 Advanced Materials 上。
特斯拉的电池组
Model S的电池板总重高达900公斤 ，一块完整的特斯拉电池组由16组 小电池组组成，而每个小电池组又 有444节锂电池组成，即一个特斯拉 电池组总共用了7104节锂电池。
2.2 无机合成中的实验技术和方法问题
• 实际需要，广泛应用特殊实验技术及方法合成具有特殊结构、 聚集态及性能的无机材料；
• 大量由固相反应或界面反应合成的无机材料，其反应只能在高 温或高温、高压下进行；
• 具有特种结构和性能的表面或界面的制备，例如新型无机半导 体超薄膜，具有特种表面结构的固体催化材料和电极材料需要
石墨炔
中国科学院宁波材料技术与工程研究所下属新能源技术研究所方 俊锋带领的团队，与中科院化学研究所研究员李玉良合作，将新 型碳材料石墨炔掺杂进杂化钙钛矿器件的电子传输层，有效地提 高了电子传输层的电导，进而提升了钙钛矿电池的器件性能，相 关结果发表在Nano Letters，2015,15,2756。
代
检
TEM and HRTEM
测
手
EDS
段
XPS
SEM
STM
3、若干前沿课题
一、极端条件合成
极端条件是指极限情况，即超高温、超高压、超真空及接近绝 对零度、强磁场与电场、激光、等离子体等。例如，在模拟宇 宙空间的情况下，可能合成出没有位错的高纯度晶体。如GaN 及金刚石等超硬材料的高压合成、高压下合成反应的研究、超 临界流体反应、超声合成以及微波合成等研究发展较快。
常规分离： 重结晶、分级结晶和分级沉淀、升华、分馏、离子
交换和色谱分离、萃取分离等。
特种分离： 低温分馏、低温分级蒸发冷凝、低温吸附分离、高
温区域熔融、晶体生长中的分离技术、特殊的色谱分离、 电化学分离、渗析、扩散分离等。
2.4 无机合成中的结构鉴定和表征问题
由于无机材料和化合物的合成对组成和结构有严格 的要求，因而结构的鉴定和表征在无机合成中是具有指 导作用的。
石墨烯发现者获2010年诺贝尔物理学奖
•英国曼彻斯特科学家，2004年利用透明胶带制备出二维石墨烯 （graphene）材料。
新型石墨炔储能材料
石墨炔，是继富勒烯、碳纳米管、石 墨烯之后，一种新的全碳纳米结构材料 。它由sp和sp2杂化形成的一种新型碳的 同素异形体，是由1，3-二炔键将苯环 共轭连接形成的具有二维平面网络结构 的全碳材料，具有丰富的碳化学键、大 的共轭体系、宽面间距、优良的化学稳 定性，被誉为是最稳定的一种人工合成 的二炔碳的同素异形体。