2 材料合成化学概论
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第四次技术革命 有人说目前正处在第四次技术革命的前夜 这次技术革命以信息技术、新材料技术、新能源技术和生物 工程技术为基础。
无机材料应用
（1）新型能源转换和储能材料 主要在电动汽车和混合动力车等新一代
环境协调型交通工具上发展。
无机材料应用
（2）新型光电子材料及器件 集中在信息技术数字化、网络化、超大
重结晶示意图
分馏装置图 液相色谱层析仪
特种的分离方法:
如低温分馏、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，以
及利用性质的差异充分运用化学分离方法等等。
4. 无机合成(制备)中的结构鉴定和表征问题
结构的鉴定和表征的作用：在无机合成中是 具有指导作用的。
• 由于特种合成技术和操作的应用，使大量新的 合成路线和方法应运而起。 例如由于高温合成技术的应用使得特殊（高温
固相相界面反应、高温相变、高温熔炼和晶体生长， 高温下的化学转移反应，熔盐电解甚至等离子体电弧、
激光等）条件下的超高温合成非热力学稳定态 化合物等为基础的各种合成反应大量发展起来。
总结：就今后的无机合成来说，对特种合成技术和方 法以及相关的反应规律和原理的了解与掌握变得愈来 愈重要了。
合 材
材 料
料
第一次技术革命——产业革命 始于18世纪的英国，物质 基础是钢铁材料，而伴随的新技术则是蒸汽机的发明；
第二次技术革命——电气革命 1879年爱迪生发明了电灯， 一系列电气材料相继诞生与广泛应用，
第三次技术革命——电子革命 20世纪中叶，新导电、导磁 材料和半导体材料的发明和应用，带来了计算机的广泛应用 以及原子能的利用；
容量信息传输、超高密度信息储存方面发挥 巨大作用。
导电材料
光电材料
无机材料应用
（3）生物医用材料 除了人工骨、人工牙齿、HAP陶瓷、心脏瓣膜
与血管支架等生物材料之外，还将利用特种纳米粒 子，进行细胞分离、染色，生物探针标记及利用纳 米制成药物或新型抗体进行临床疾病诊断。
无机材料应用
（4）信息功能材料 主要应用于信息技术中，材料的制作将向着微型
结构的鉴定和表征内容：
对合成产物的结构确证； 特殊材料结构中非主要组分的结构状态和物化性
能的测定； 为了进一步指导合成反应的定向性和选择性，还
需对合成反应过程中间产物的结构进行检测。
➢ 常规的结构鉴定和表征方法：
常规的组成分析，X射线衍射，各类光谱如可 见、紫外、红外、拉曼、核磁等，以及针对 不同材料的要求，检测其相应的性能指标外， 往往还需应用一些特种检测方法。
3. 无机合成(制备)中的分离问题
化学合成中分离非常重要
无机合成中分离重要：
无机材料对组成和结构都 有特殊要求
无机合成中分离注意两点：
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，
充分重视分离方法和技术的改进和建立。特殊的 分离问题必须特殊设计方法。
传统的分离方法: 如重结晶、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
2.2 材料的气相合成反应 2.3 材料的液相合成反应 2.4 材料的固相合成反应
2.1.1 无机材料合成化学
1. 合成化学的地位与作用
合成是进行研究的首要内容 化学研究内容:自化然学界：的成在本、原质结子构、和分性子能水以平及上相研互究转物化质的组
创造新物学质科，（主合要成是化发学现是和核合心成）大量化合 合成、制备
研究必须具备的条件（原理与规律）
常规合成 特殊条件下的合成， 基于反应规律
定向设计
ห้องสมุดไป่ตู้
认识的不断加深
A 、XY型分子筛： 合成的晶态硅铝酸 盐，孔道有规律， 性能独特
无定形硅酸盐
依赖于天然沸石形成规律和机理
总结合成规律，指导合成不同结构沸石
总结：无机合成的发展主要决定于人们对合成 化学和反应规律认识的深化程度
化和智能化方向发展，在第三代移动通讯及数字化信 息技术中，能扮演重要角色。
无机材料应用
(5) 轻质高强材料 未来汽车工业和高速列车上，对新一代轻质高强、高 韧的复合材料提出了要求。
而轻质、高强、耐高温、多功能防灾的水泥基复合基 材料，以及能诊断、自修复智能化建筑结构材料将是 明确的研究方向。 （美国9.11恐怖事件发生后， ）。
a. 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；
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在超高 真空下合成；
2. 无机合成(制备)中的实验技术和方法问题
b. 大量低价态化合物和配合物只能在无氧无 水的实验条件下合成； c. 晶态物质的“造孔”反应需要在中压水热 合成条件下完成； d.大量非金属间化合物的合成和提纯需要在低 温真空下进行……
材料学家的任务有3个主要领域：制备、 表征与性能测试 （制备是首要任务）
合成化学带动科技进步（例子）
2. 无机合成化学的地位与作用
• 无机合成化学是无机化学学科的一个重要 分支。
(1) 内涵扩大 (2) 实验条件特殊化
• 无机材料的使用则是人类文明的进步和时
代划分的标志。
石 器
材
铜
料
器
铁
材
复
器
料
总结：目前无机合成化学已成为推动无机化学 及有关学科发展的重要基础，成为发展新型无 机材料及现代高新技术的重要基础之一。
2.1.2 材料合成的基本问题
材料合成基本问题
反应规律 技术方法 分离与表征 结构鉴定与表征
1、无机合成(制备)化学与反应规律问题
无机合成化学研究内容：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、合成方法的改进及创新
2. 无机合成(制备)中的实验技术和方法问题 随着实际应用的需要，在无机合成中特 殊结构无机材料的制备需要各种特殊实验技 术和方法。(如膜、超微粒、非晶态……) 反过来由于特种合成技术和操作的应用， 使大量新的合成路线和方法应运而起。
硫平仪 膜
2. 无机合成(制备)中的实验技术和方法问题
特殊实验技术和方法
材料化学
Chemistry of Materials
吕凤柱
Tel：82322759； Office: 511 Email: lfz619@cugb.edu.cn
中国地质大学材料科学与工程学院
2 普通材料合成化学
2.1 材料合成化学概论
2.1.1 无机材料合成化学 2.1.2 材料合成的基本问题 2.1.3 材料合成化学中若干前沿问题
无机材料应用
（1）新型能源转换和储能材料 主要在电动汽车和混合动力车等新一代
环境协调型交通工具上发展。
无机材料应用
（2）新型光电子材料及器件 集中在信息技术数字化、网络化、超大
重结晶示意图
分馏装置图 液相色谱层析仪
特种的分离方法:
如低温分馏、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，以
及利用性质的差异充分运用化学分离方法等等。
4. 无机合成(制备)中的结构鉴定和表征问题
结构的鉴定和表征的作用：在无机合成中是 具有指导作用的。
• 由于特种合成技术和操作的应用，使大量新的 合成路线和方法应运而起。 例如由于高温合成技术的应用使得特殊（高温
固相相界面反应、高温相变、高温熔炼和晶体生长， 高温下的化学转移反应，熔盐电解甚至等离子体电弧、
激光等）条件下的超高温合成非热力学稳定态 化合物等为基础的各种合成反应大量发展起来。
总结：就今后的无机合成来说，对特种合成技术和方 法以及相关的反应规律和原理的了解与掌握变得愈来 愈重要了。
合 材
材 料
料
第一次技术革命——产业革命 始于18世纪的英国，物质 基础是钢铁材料，而伴随的新技术则是蒸汽机的发明；
第二次技术革命——电气革命 1879年爱迪生发明了电灯， 一系列电气材料相继诞生与广泛应用，
第三次技术革命——电子革命 20世纪中叶，新导电、导磁 材料和半导体材料的发明和应用，带来了计算机的广泛应用 以及原子能的利用；
容量信息传输、超高密度信息储存方面发挥 巨大作用。
导电材料
光电材料
无机材料应用
（3）生物医用材料 除了人工骨、人工牙齿、HAP陶瓷、心脏瓣膜
与血管支架等生物材料之外，还将利用特种纳米粒 子，进行细胞分离、染色，生物探针标记及利用纳 米制成药物或新型抗体进行临床疾病诊断。
无机材料应用
（4）信息功能材料 主要应用于信息技术中，材料的制作将向着微型
结构的鉴定和表征内容：
对合成产物的结构确证； 特殊材料结构中非主要组分的结构状态和物化性
能的测定； 为了进一步指导合成反应的定向性和选择性，还
需对合成反应过程中间产物的结构进行检测。
➢ 常规的结构鉴定和表征方法：
常规的组成分析，X射线衍射，各类光谱如可 见、紫外、红外、拉曼、核磁等，以及针对 不同材料的要求，检测其相应的性能指标外， 往往还需应用一些特种检测方法。
3. 无机合成(制备)中的分离问题
化学合成中分离非常重要
无机合成中分离重要：
无机材料对组成和结构都 有特殊要求
无机合成中分离注意两点：
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，
充分重视分离方法和技术的改进和建立。特殊的 分离问题必须特殊设计方法。
传统的分离方法: 如重结晶、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
2.2 材料的气相合成反应 2.3 材料的液相合成反应 2.4 材料的固相合成反应
2.1.1 无机材料合成化学
1. 合成化学的地位与作用
合成是进行研究的首要内容 化学研究内容:自化然学界：的成在本、原质结子构、和分性子能水以平及上相研互究转物化质的组
创造新物学质科，（主合要成是化发学现是和核合心成）大量化合 合成、制备
研究必须具备的条件（原理与规律）
常规合成 特殊条件下的合成， 基于反应规律
定向设计
ห้องสมุดไป่ตู้
认识的不断加深
A 、XY型分子筛： 合成的晶态硅铝酸 盐，孔道有规律， 性能独特
无定形硅酸盐
依赖于天然沸石形成规律和机理
总结合成规律，指导合成不同结构沸石
总结：无机合成的发展主要决定于人们对合成 化学和反应规律认识的深化程度
化和智能化方向发展，在第三代移动通讯及数字化信 息技术中，能扮演重要角色。
无机材料应用
(5) 轻质高强材料 未来汽车工业和高速列车上，对新一代轻质高强、高 韧的复合材料提出了要求。
而轻质、高强、耐高温、多功能防灾的水泥基复合基 材料，以及能诊断、自修复智能化建筑结构材料将是 明确的研究方向。 （美国9.11恐怖事件发生后， ）。
a. 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；
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在超高 真空下合成；
2. 无机合成(制备)中的实验技术和方法问题
b. 大量低价态化合物和配合物只能在无氧无 水的实验条件下合成； c. 晶态物质的“造孔”反应需要在中压水热 合成条件下完成； d.大量非金属间化合物的合成和提纯需要在低 温真空下进行……
材料学家的任务有3个主要领域：制备、 表征与性能测试 （制备是首要任务）
合成化学带动科技进步（例子）
2. 无机合成化学的地位与作用
• 无机合成化学是无机化学学科的一个重要 分支。
(1) 内涵扩大 (2) 实验条件特殊化
• 无机材料的使用则是人类文明的进步和时
代划分的标志。
石 器
材
铜
料
器
铁
材
复
器
料
总结：目前无机合成化学已成为推动无机化学 及有关学科发展的重要基础，成为发展新型无 机材料及现代高新技术的重要基础之一。
2.1.2 材料合成的基本问题
材料合成基本问题
反应规律 技术方法 分离与表征 结构鉴定与表征
1、无机合成(制备)化学与反应规律问题
无机合成化学研究内容：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、合成方法的改进及创新
2. 无机合成(制备)中的实验技术和方法问题 随着实际应用的需要，在无机合成中特 殊结构无机材料的制备需要各种特殊实验技 术和方法。(如膜、超微粒、非晶态……) 反过来由于特种合成技术和操作的应用， 使大量新的合成路线和方法应运而起。
硫平仪 膜
2. 无机合成(制备)中的实验技术和方法问题
特殊实验技术和方法
材料化学
Chemistry of Materials
吕凤柱
Tel：82322759； Office: 511 Email: lfz619@cugb.edu.cn
中国地质大学材料科学与工程学院
2 普通材料合成化学
2.1 材料合成化学概论
2.1.1 无机材料合成化学 2.1.2 材料合成的基本问题 2.1.3 材料合成化学中若干前沿问题