水热与溶剂热合成的的原理、特点与应用PPT课件( 39页)

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水热法与溶剂热法

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Kang Wenjun等主要采用PdCl2、聚丙烯酰胺(PAM) 抗坏血酸和α-乳糖单水合物(α-LM)等合成Pd/C. 合成工艺：0.2gPAM溶解在35ml去离子水中，开始搅拌，然后9mg PdCl2和0.5g α-LM分别加入到溶液中。经过一段时间的搅拌后，把混合液转移到 50ml的聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜内，200 ℃ 下保温6h，反应釜冷却后，产物离心用去离子水和无水乙醇洗涤数次，获得最终产物。
高压釜是进行高温高压水热与溶剂热合成的基本设备；
高压容器一般用特种不锈钢制成 , 釜内衬有化学惰性材料，如 Pt、Au等贵金属和聚四氟乙烯等耐酸碱材料。
18
简易高压反应釜实物图
19
水热与溶剂热合成的一般工艺是：
20
水热与溶剂热合成的介质选择
（1）相似相容原理
（2）溶剂化能和Born方程式
水热法与溶剂热法
1
目
录
1. 2.
水热与溶剂热合成方法的发展水热与溶剂热合成方法原理
3.
4.
水热与溶剂热合成工艺
水热与溶剂热合成方法应用实例
2
1.1水热合成方法的发展
最早采用水热法制备材料的是1845年K.F. Eschafhautl
以硅酸为原料在水热条件下制备石英晶体；
一些地质学家采用水热法制备得到了许多矿物，到1900
溶解度降低并达到饱和
结晶
12
2.2.2 反应机理- “溶解-结晶”
前驱物微粒溶解成核结晶
13
2.2.3 反应机理-“原位结晶’’”
前驱物脱去羟基或脱水
原子原位重排结晶态
14
2.3水热与溶剂热合成方法的适用范围

第三章水热法.ppt

才逐渐用于单晶生长等材料的制备领域，此后，随着材料科学技术的发展，水热法在制备超细颗粒，无机薄膜，微孔材料等方面都得到了广泛应用。
1944~1960年间，化学家致力于低温水热合成，美国联合碳化物林德分公司开发了林德A型沸石（图2.1）。
图2.1 林德A型沸石的结构
页面 4
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超临界水还具有很好的传质、传热性能。
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通常条件下，水的密度不随压力而改变，而SCW的密度既是温度的函数，又是压力的函数，通过改变温度和压力可以将SCW控制在气体和液体之间，温度或压力的微小变化就会引起超临界水的密度大大减小。在常温常压下，水的密度为1.0g/cm3，当温度和压强变化不大时，水的密度变化不大。
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SCW具有特殊的溶解度、易改变的密度、较低的粘度、较低的表面张力和较高的扩散性。
SCW与非极性物质如烃类、戊烷、己烷、苯和甲苯等有机物可完全互溶，氧气、氮气、 CO、CO2等气体也都能以任意比例溶于超临界水中.
但无机物，尤其是无机盐类，在超临界水中的溶解度很小。
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根据 Stokes 方程，水在密度较高的情况下，扩散系数与粘度存在反比关系。高温、高压下水的扩散系数与水的黏度、密度有关。对高密度水，扩散系数随压力的增加而增加，随温度的增加而减小对低密度水，扩散系数随压力的增加而减小，随温度的增加而增加，并且在超临界区内，水的扩散系数出现最小值。
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超临界流体拥有一般溶剂所不具备的很多重要特性。SCF的密度、溶剂化能力、粘度、介电常数、扩散系数等物理化学性质随温度和压力的变化十分敏感，即在不改变化学组成的情况下，其性质可由压力来连续调节。能被用作SCF溶剂的物质很多，如二氧化碳、水、一氧化氮、乙烷、庚烷、氨等。超临界流体相图，如图2.2。

水热与溶剂热 ppt课件

ppt课件
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(1) 在籽晶或稳定的核上的沉积速率随着过饱和或过冷的程度而增加，搅拌常会加速沉积，但不易形成大的单晶，除非在非常小的过饱和或过冷条件下进行。
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（2）在同样条件下，晶体的各个面常常以不同速率生长，高指数表面生长更快并倾向于消失。晶体的习性依赖这种效应，并为被优先吸附在确定晶面上的杂质如染料影响，从而减低了这些面上的生长速率。
反应的基本类型
(6) 脱水反应
400～370 ℃
Mg(OH)2 + SiO2
温石棉
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分解反应
FeTiO3
FeO ＋ TiO2
ZrSiO4 ＋ NaOH
ZrO2 ＋ Na2SiO3
FeTiO3 ＋ K2O
K2O·nTiO2(n=4,6) + FeO
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在诱导期每单位时间内可生长核的数目相对于时间作图可得一条上升的曲线。然而，成核和晶体生长彼此竞争需求的反应物，因此伴随晶体生长的增加，可预料到新核形成所需的反应物占总反应物的比例越来越少。成核反应速率通过极大值后开始下降。
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非自发成核体系晶化动力学
假定有一个适合特定物种生长的良好条件，那么在该物种籽晶上的沉积生长是最有效的。晶体生长通常具有如下特点：
5
§ 4.1 水热与溶剂热合成基础
水热与溶剂热合成的特点
能够使低熔点化合物、高蒸汽压且不能在熔体中生成的物质、高温分解相在水热和溶剂热低温条件下晶化生成。
液相利于生长缺陷少、取向好、完美的晶体，产物结晶度高，易于控制产物晶体的粒度。
利于低价态、中间价态与特殊价态化合物

高校无机化学(高教版)水热和溶剂热合成课件

• 由于水（溶剂）热法涉及的化合物在水中的溶解度都很小，因而常常在体系中引入矿化剂（Mineralizer）。
• 矿化剂通常是一类在反应介质中的溶解度随温度的升高而持续增大的化合物，如一些低熔点的盐、酸或碱。
• 加入矿化剂不仅可以提高溶质在水（溶剂）热溶液里的溶解度，而且可改变其溶解度温度系数。
高温高压水的作用
• ①有时作为化学组分起化学反应； • ②反应和重排的促进剂； • ③起压力传递介质的作用； • ④起溶剂作用； • ⑤起低熔点物质的作用； • ⑥提高物质的溶解度； • ⑦有时与容器反应； • ⑧无毒。
二、各类化合物在介质中的溶解度
• 其溶解度可用一定的温度、压力下化合物在溶液中平衡度来表示。
第一节引言
水热和溶剂热合成
第二节基本理论第三节基本应用第四节技术手段
第一节引言
• 1982年以来，每年召开一次国际水热反应研讨会。——成为新的学科 • 水（溶剂）热合成化学与溶液化学不同，它是研究物质在高温和密闭或高压条件下溶液中的化学行为与规律的化学分支。 • 水热与溶剂热合成是指在一定温度（100-1000℃）和压强1～100MPa）条件下利用溶液中物质化学反应所进行的合成。水热合成化学侧重于研究水热合成条件下物质的反应性、合成规律以及合成产物的结构与性质。
• 水热法是在特制的密闭反应容器（高压釜）采用水溶液作为反应介质，通过对反应容器加热，创造一个高温、高压反应环境，使得通常难溶或不溶的物质溶解并且重结晶！ • 水热法可分为水热晶体生长、水热合成、水热反应、水热处理、水热烧结等。 • 水热法又可分为“普通水热法”和“特殊水热法”． • 所谓“特殊水热法”指在水热条件反应体系上再添加其他作用力场，如直流电场、磁场（采用非供电材料制作的高压釜）、微波场等。

水热与溶剂热

(62.)5脱m水m反/d应。：
在一定温度一定压力下物质脱水结晶的反应。例如，
Mg (OH
)2
SiO2
350～370 oC 8 ~ 23MPa
温石棉
(7)分解反应
在水热与溶剂热条件下分解化合物得到结晶的反应。例如，
FeTiO3→FeO+TiO2 ZrSiO4+NaOH→ZrO2+NaSi (O8)3提取反应
6
7
水热法：
最早采用水热法制备材料：1845年K.F.Eschafhautl以硅
酸为原料在水热条件下制备石英晶体；
一些地质学家采用水热法制备得到了许多矿物，到1900
年已制备出约80种矿物，其中经鉴定确定有石英，长石，硅灰石等；
1900年以后，G.W. Morey和他的同事在华盛顿地球物理
✓ 在有机溶剂中进行的反应能够有效地抑制产物的氧
化过程或水中氧的污染；
✓ 非水溶剂的采用使得溶剂热法可选择原料的范围大
大扩大，比如氟化物，氮化物，硫化合物等均可作为溶剂热反应的原材料；同时，非水溶剂在亚临界或超临界状态下独特的物理化学性质极大地扩大了所能制备的目标产物的范围；
✓ 由于有机溶剂的低沸点，在同样的条件下，它们
水热与溶剂热合成
目
录
2.1 水热与溶剂热的基本概念 2.1 水热与溶剂热合成方法的发展 2.2 水热与溶剂热合成方法原理 2.3 水热与溶剂热合成工艺
水热与溶剂热合成方法应用实例
2.4
2
基本概念
3
什么叫水热与溶剂热合成？
水热与溶剂热合成是指在一定温度(100-1000℃)和压强 (1-100MPa)条件下利用溶液中物质化学反应所进行的无机合成与材料制备的一种有效方法。

水热与溶剂热合成法

强烈对流，在生长区(低温
区)形成过饱和溶液
成核
形核
9
5.2 纳米晶粒的形成过程（p7）（1）生长基元与晶核的形成
满足线度和几何构型要求时，生成晶核（2）生长基元在固-液生长界面上的吸附与运动
生长基元运动到固-液生长界面并被吸附，在界面上迁移运动（3）生长基元在界面上的结晶或脱附
10
5.3 水热反应的成核特征 1、成核速率随着过冷程度即亚稳性的增加而增加 2、存在一个诱导期，在此期间不能检测出成核 3、组成的微小变化可引起诱导期的显著变化 4、成核反应的发生与体系的早期状态有关
单晶培育: 从籽晶培养大单晶。
7
【例】水热法制备Ag纳米粒子
5ml 0.02M AgNO3 ag和5mL 0.02M NaCl ag，加入到30mL 蒸馏水中，搅拌生成AgCl胶体，然后将0.2mmol的葡萄糖溶在上述胶体溶液中，移入内衬Teflon的50mL合成弹中，在加热炉中180°C下保持一段时间，空气中冷却至室温，蒸馏水和酒精冲洗银灰色沉淀，真空60 °C干燥2小时。
第三章水热与溶剂热合成法
1
第一节水热合成法合成原理
p19
一、水热合成的概念 (Hydrothermal Synthesis)
1.1 原理
在特制的密闭反应容器里，采用水溶液作为反应
介质，对反应容器加热，创造一个高温、高压的
反应环境，使通常难溶或不溶的物质溶解并重结
晶。
2
1.2 水热合成的温度范围常温~1100°C；压强范围: 1~500MPa
（1）低温水热合成：100°C以下；沸石的合成
（2）中温水热合成：100—300°C；经济有效的合成区域
（3）高温高压水热合成：300°C以上；单晶生长、特种结构的化合物

第四章水热与溶剂热合成

水热合成热力学模型
热力学模型提供了一个计算每个体系的平衡浓度的工具，该平衡浓度是温度、压力、溶液的pH值以及投料试剂浓度的函数。
一般而言，一个数据组的一致性可以通过检验G、H、S、Cp、V等实验数据值之间的关系与热动力学的一般关系的一致性得到验证。
例：BaTiO3的水热合成
JDF-L1（催化剂），目前是人工合成的五配位钛化合物，具有良好的氧化催化性能。美国学者合成金刚石。
钱逸泰教授在非水体系中合成了氮化镓、金刚石、硫属化纳米晶。
4、复合氧化物与复合氟化物的合成
明显地降低反应的温度和压力能够以单一反应步骤完成很好地控制产物的理想配比以及结构形
态制备纯相陶瓷（氧化物）材料可以批量化生产
第四章水热与溶剂热合成
第一节水热与溶剂热合成基础
1、合成化学与技术水热与溶剂热合成是指在一定温度
（100~1000℃）和压强（1~100MPa）条件下利用溶液中物质化学反应所进行的合成。侧重于研究水热合成条件下物质的反应性、合成规律以及产物的结构和性质。可进行特殊化合物与材料的制备、合成和组装。
4、2 有机溶剂的性质标度
有机溶剂为反应提供场所，使反应物溶解或部分溶解，生成溶剂化合物，溶剂化过程影响化学反应速率，在合成体系中改变反应物活性物种在液相中的浓度、解离程度、聚合态分布，从而改变反应过程。
根据宏观和微观分子常数以及经验溶剂参数
相对分子量密度沸点分子体积蒸发热介电常数偶极矩
由于晶化反应速率整体上是增加的，在各面上的不同增长速率趋向于消失。
缺陷表面生长比无缺陷的光滑平面快。在特定表面上无缺陷生长的最大速率随着比表面积的增加而降低，
对在适当的时间内无缺陷单晶生长大小提出限制。

《水热与溶剂热》课件

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对比分析
将实验结果与理论预测或相关文献数据进行对比，以验证实验结果的可靠性。
实验结果的应用
理论验证
通过实验结果验证水热与溶剂热相关理论的正确性。
应用研究
基于实验结果开展相关应用研究，如新材料的合成、催化剂的制备等。
指导实践
为实际生产提供指导，如优化反应条件、提高产率等。
05
水热与溶剂热的未来发展
溶剂热是指在一定的温度和压力条件下，在有机溶剂或混合溶剂中发生的化学反应或物质形成过程。
水热与溶剂热的特点
高温高压环境
水热和溶剂热反应通常在高温高压环境下进行，有利于促进化学
反应的进行和物质的合成。
高效能量利用
水热和溶剂热反应可以充分利用反应过程中的热量，实现能量的高效利用。
环保安全
水热和溶剂热反应通常使用水或有机溶剂作为反应介质，相对于传统的高温冶炼等工艺更为环保安全。
定义
应用领域
溶剂热反应是指在高温高压环境下，利用有机溶剂或其他非水溶剂进行的化学反应。
溶剂热反应在有机合成、高分子合成、纳米材料制备等领域有广泛应用。
特点
溶剂热反应可以提供一种温和的反应条件，促进有机化合物的合成和改性，同时可以避免高温下水的蒸发和分离。
水热与溶剂热的比较
相似之处
水热和溶剂热反应都是在高温高压环境下进行的，都可以促进化学反应的进行和提高产物的纯度和结晶度。
实验现象描述
对实验过程中观察到的现象进行详细描述，如沉淀物生成、颜色变化等。
实验结果图表
通过图表展示实验结果，如温度与时间的关系图、压力随时间的变化曲线等。
结果分析方法
数据分析

水热溶剂热合成PPT课件

►制备一些重要的装饰材料
如彩色水晶
三、反应介质的性质
高温高压下水热反应具有三个特征
使重要离子间的反应加速
水的性质也将变化
使水解反应加剧
使其氧化还原电势发生明显变化
蒸气压变高离子积变高密度变低粘度变低表面张力变低
一般地化学反应
离子反应
自由基反应
电子理论表明，具有极性键的有机化合物，其反应也常具有某种程度的离子性
组成的微小变化可引起诱导期显著变化成核反应的发生与体系的早期状态有关
二、非自发成核体系晶化动力学
晶体从溶液中结晶生长需要克服一定的势垒
晶体生长具有如下一些特点
(1)在籽晶或稳定的核上的沉积速率随过饱和或过冷度而增加，搅拌会加速沉积。不易形成大的单晶，除非在非常小的过饱和或过冷条件下进行；
(2)在同样条件下，晶体的各个面常常以不同速率生长，高指数表面生长更快并倾向于消失。晶体的习性依赖这种效应并为被优先吸附在确定晶面上的杂质如染料所影响，从而减低了这些面上的生长速率
形成无机晶体的步骤
在液相或液固界面上少量的反应试剂产生微小的不稳定的核，更多的物质自发地沉积在这些核上而生成微晶。
水热、溶剂热生长的不全是离子晶体
如BaSO4或AgCl等，通过部分共价键的三维缩聚作用而形成，故而水热、溶剂热生成的 BaSO4或AgCl比从过饱和溶液中沉积出来更缓慢。其晶化动力学受到许多因素影响。
经过滤、水洗、干燥
白色A型沸石原粉，晶粒尺寸1-2m
►水热晶化
Na2O Al2O3
SiO2 水
►水热、溶剂热实验中的关键因素是装满度
►装满度指反应混合物占密闭反应釜的体积百分数

水热与溶剂热法

成核的一般特性：
（一）成核速率随着过冷程度即亚稳性的增加而增加。然而，粘性也随温度降低而快速增大。因此，过冷程度与粘性在影响成核速率方面具有相反的作用。这些速率随温度降低有一个极大值。
（二）存在一个诱导期，在此期间不能检测出成核。即使在过饱和的籽晶溶液中也形成置亚稳态区域，在此区域里仍不能检测出成核。
橄榄石 → 蛇纹石
蛇纹石的化学组成是Mg6[Si4O10](OH)2，是一族层状结构的硅酸盐矿物的总称。单体少见，多呈致密块状、层状或纤维状集合体。具有各种色调的绿色、浅黄色，常呈似蛇皮的绿黑相间的花纹，故称蛇纹石。条痕白色，块状蛇纹石呈油脂光泽或蜡状光泽，纤维状石膏具丝绢光泽。摩氏硬度2.5-3.5，比重 2.5-2.65。蛇纹石主要是超基性岩或镁质碳酸岩中的富镁的矿物经热液交代变质而成。蛇纹石可作为耐火材料和生产钙镁磷肥的原料。绿色不透明者称岫玉，因辽宁岫岩县出产而得名，是著名的玉石。
（3）由于晶化反应速率整体上是增加的，在各面上的不同增长速率倾向于消失。（4）缺陷表面的生长比无缺陷的光滑平面快。
（5）在特定表面上无缺陷生长的最大速率随着表面积的增加而降低，此种性质对在适当的时间内无缺陷单晶的生长大小提出了限制。
晶体生长所需的反应物种类将限制此反应物有效地生成新核，进而新核提供的表面积与相对大的籽晶所提供的表面积相比是小的。籽晶为线性生长速率的测定提供适当的条件。在籽晶存在下，晶化过程没有诱导期，在籽晶上的沉积速率随着有效沉积表面增加而增加。为了减少或消除诱导期进而缩短整个反应物所需时间，在混合液中加入籽晶是熟知的手段。
其中,MCM48为立方结构，含有2条相互独立的三维孔道体系，且满足最小面螺旋结构，其孔径约为2.6nm，相对于一维孔道体系的MCM41及两维的MCM15来说，MCM48具有三维网状结构和可通性较高的孔道，更有利于反应分子的扩散, 其应用前景更为广阔。但MCM48的合成条件比较苛刻，各种合成因素如硅源、温度、碱度、反应物配比等微小差别都会对结果造成很大的影响，在相似的反应体系中可能合成出性质差别很大的产物。

水热法与溶剂热法培训课件

合成新材料、新结构和亚稳相
制备超细（纳米）粉末
1/26/2021
水热法与溶剂热法 14
14
2.4水热与溶剂热合成存在的问题
无法观察晶体生长和材料合成的过程，不直观。
设备要求高耐高温高压的钢材，耐腐蚀的内衬、技术难度大温压控制严格、成本高。
安全性差，加热时密闭反应釜中流体体积膨胀，能够产生极大的压强，存在极大的安全隐患。
8
并非所有晶体都适合在水热环境生长。判明适合采用水热法的一般原则是:
结晶物质各组分的一致性溶解(在不同的温度压力下不会发生过大的改变)；
结晶物质足够高的溶解度(可溶)；
溶解度的温度系数有足够大的绝对值(溶解度随温度变化明显)；
中间产物通过改变温度较容易分解(降温时杂质少)。
1/26/2021
压釜中利用非水溶剂合成沸石的方法，拉开了溶剂热合成的序幕。
到目前为止，溶剂热合成法已得到很快的发展，并在纳米
材料制备中具有越来越重要的作用。
1/26/2021
水热法与溶剂热法 3
3
1/26/2021
水热法与溶剂热法 4
4
2.1水热与溶剂热合成方法的概念
水热法(Hydrothermal Synthesis)，是指在特制的密闭反应器（高压釜）中，采用水溶液作为反应体系，通过对反应体系加热、加压(或自生蒸气压），创造一个相对高温、高压的反应环境，使得通常难溶或不溶的物质溶解，并且重结晶而进行无机合成与材料处理的一种有效方法。
年已制备出约80种矿物，其中经鉴定确定有石英，长石，硅灰石等；
1900年以后，G.W. Morey和他的同事在华盛顿地球物理

《水热与溶剂热合成》课件

在化学中的应用
01
02
03
合成有机分子
水热与溶剂热合成可用于合成有机分子，如药物分子、染料分子等。
合成无机纳米材料
利用水热与溶剂热合成技术，可以制备各种无机纳米材料，如金属纳米粒子、氧化物纳米粒子等。
合成功能性配合物
通过水热与溶剂热合成，可以制备具有特殊功能的配合物，如荧光配合物、电致变色配合物等。
。
反应机制与动力学研究
02
深入了解水热与溶剂热合成的反应机制和动力学过程，为优化
反应条件提供理论支持。
新型合成方法的开发
03
结合其他合成方法，如微波合成、超声合成等，开发出更高效
、环保的水热与溶剂热合成方法。
新的应用领域探索
新材料的合成
利用水热与溶剂热合成方法探索合成具有特殊性能和功能的新材料。
溶剂热合成是指在密封的压力容器中，以有机溶剂为反应介质，在一定的温度和压力条件下进行的化学反应过程。
详细描述
溶剂热合成利用高温高压的有机溶剂作为反应介质，使物质在高温高压下发生化学反应，从而合成所需的物质。溶剂热合成具有反应温度高、压力大、反应条件温和、产物纯净等优点。
水热与溶剂热合成的基本原理
水热合成的定义
总结词
水热合成是指在密封的压力容器中，以水为溶剂，在一定的温度和压力条件下进行的化学反应过程。
详细描述
水热合成利用高温高压的水环境作为反应介质，使物质在高温高压下发生化学反应，从而合成所需的物质。水热合成具有反应温度高、压力大、反应条件温和、产物纯净等优点。
溶剂热合成的定义
总结词
04
对未来学习的建议
建议1
深入学习相关理论，掌握基本概念和原理

第三章水热与溶剂热合成法.

2.4 SCW的粘度η
➢1T
➢与普通条件下空气的粘度系数接近
19
第十九页，编辑于星期一：二点二十五分。
2.5 SCW的扩散系数D：
D 1
高密度水：T D ， p D 低密度水：T D ， p D
SCW的扩散系数比普通水高10~100倍流动性、渗透性和传递性能好，利于传质和热交换
第三章水热与溶剂热合成法
1
第一页，编辑于星期一：二点二十五分。
第一节水热合成法合成原理
p19
一、水热合成的概念 (Hydrothermal Synthesis)
1.1 原理
在特制的密闭反应容器里，采用水溶液作为反应介
质，对反应容器加热，创造一个高温、高压的反应
环境，使通常难溶或不溶的物质溶解并重结晶。
➢反应物质溶解后以离子、分子团的形式进入溶液
➢强烈对流，在生长区(低温
区)形成过饱和溶液
➢成核
➢形核
9
第九页，编辑于星期一：二点二十五分。
5.2 纳米晶粒的形成过程（p7）（1）生长基元与晶核的形成
满足线度和几何构型要求时，生成晶核
（2）生长基元在固-液生长界面上的吸附与运动生长基元运动到固-液生长界面并被吸附，在界面上迁移运动
SEM image of samples obtained at 180°C after a reaction time of A)6h, B)9h, C)12h 8
第八页，编辑于星期一：二点二十五分。
五、水热法合成原理
5.1 反应过程的驱动力
可溶的前驱体（中间产物）与最终稳定产物之间
的溶解度差
（3）生长基元在界面上的结晶或脱附
10

7 水热

型沸石的结构
5
溶剂热合成方法的发展
1985年，Bindy首次在“Nature”杂志上发表文章报道了高压釜中利用非水溶剂合成沸石的方法，拉开了溶剂热合成的序幕。
到目前为止，溶剂热合成法已得到很快的发展，并在纳米材料制备中具有越来越重要的作用。在溶剂热条件下，溶剂的物理化学性质如密度、介电常数、粘度、分散作用等相互影响，与通常条件下相差很大。
30
3. 水热与溶剂热合成工艺
• 3.1 水热与溶剂热合成的生产设备
• 3.2 水热与溶剂热反应的基本类型 • 3.3 水热与溶剂热合成的工艺过程
31
3.1 水热与溶剂热合成的生产设备
高压釜是进行高温高压水热与溶剂热合成的基本设备，高压容器一般用特种不锈钢制成，釜内衬有化学惰性材料，如Pt、Au等贵金属和聚四氟乙烯等耐酸碱材料。高压容器的类型可根据实验需要加以选择或特殊设计。
水），原子原位重排而转变为结晶态。
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2.2 水热与溶剂热合成方法的适用范围
• 制备超细（纳米）粉末
• 合成新材料、新结构和亚稳相
• 制备薄膜
• 低温生长单晶
24
1. 制备超细（纳米）粉末
（1）水热法合成的粉体产物往往具有一定的形
状如多面体、球形等，通常是在反应体系中加入
形貌控制剂来合成具有特定形状的纳米颗粒。
例子不多而利用非水溶剂热合成却是一个有效的途径。
26
溶剂热法合成的材料分以下几类：
Ⅲ-Ⅴ族纳米材料的溶剂热合成。
金刚石及碳化物、氮化物的中温溶剂热合成。
金属硫属化合物纳米材料的溶剂热合成。
一维纳米材料的溶剂热合成
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2. 合成新材料、新结构和亚稳相
水热与溶剂热法可以用来制备许许多多在自然界并不存在的新材料和新结构。磁带上的铁磁性氧化铬CrO2

水热法与溶剂热法PPT课件

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所谓相似相容原理就是“溶质分子若与溶剂分子的组成结构、物理性质及化学性质相近则其溶解度大
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当溶解于溶剂的溶质以离子状态存在时
离子晶体
必须克服离子晶格中的正负离子间的作用力
共价化合物
必须使共价键发生异裂作用
这两种作用都必须消耗很大的能量，因此溶质和溶剂的作用必须很大才能使溶质溶解于溶剂，这种溶质和溶剂的相互作用就是溶剂化能。
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填充度与反应速率的关系，一定温度下，晶体生长速率与填充度成正比
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a b
a 反应温度 140 b 反应温度 160 棒状 b 反应温度 180 针簇状
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c
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采用溶剂热法合成ZnO 晶体，以乙醇(40ml)为溶剂. 加入1.487 g(0.005 mol) Zn(NO3)2⋅6H2O 前驱体，搅拌20 min，加入氢氧化钠调节PH分别为3，10， 13.将混合物转入内衬聚四氟乙烯的容积为60 mL 的反应釜中，混合均匀，密封. 将反应釜放入电子炉内，恒定温度200℃，保温12 h，取出反应釜，自然冷却至室温后，将产物离心分离得到白色沉淀. 沉淀用去离子水和无水乙醇清洗数次，于60℃真空干燥，得到ZnO 样品.
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当反应物的浓度增大到0.77mol/L时，从图可见，样品H3中含有许多长度为几百µm的杂乱的长棒状
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反应时间对产物的影响
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第2章水热与溶剂热合成

度410~300℃、压力120MPa、生长速率1~2mm/d；若在 0.25mol/L Na2CO3中，则温度梯度为400~370℃、装满度为70 ％、生长速率1~2.5mm/d。
11、离子交换反应例如沸石阳离子交换；硬水的软化、长石中的离
子交换；高岭石、白云母、温石棉的OH-交换为F-。
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二、水热与溶剂热反应的基本类型
2、分解反应
分解化合物得到结晶的反应
例如 FeTiO3 FeO + TiO2 ZrSiO4 + NaOH Na2SiO3 + ZrO2 FeTiO3 + K2O FeO + K2O· nTiO2 (n = 4, 6)
3、氧化反应金属和高易于控制产物晶体的粒度；
通过控制反应气氛能合成与开发一系列特种介稳结构、特种凝聚态的新合成产物。应用非平衡热力学研究合成化学问题
水热与溶剂热合成的密闭条件有利于进行对人体健康有害的有毒反应，并能减少环境污
染。水热与溶剂热化学的可操作性和可调变性使之成为合成化学与合成材料的的物理性质之
第
2
章
水热与溶剂热合成
2.1 水热与溶剂热合成方法的发展
最早采用水热法制备材料的是1845年K.F. Eschafhautl以硅酸为原料在水热条件下制备石英晶体；一些地质学家采用水热法制备得到了许多矿物，到1900年已制备出约80种矿物，其中经鉴定确定有石英，长石，硅灰石等； 1900年以后，G.W. Morey和他的同事在华盛顿地球物理实验室开始进行相
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2.2 水热与溶剂热合成方法原理
一、水热与溶剂热合成方法的概念
溶剂热法优点（与水热法相比）：
（1）在有机溶剂中进行的反应能够有效地抑制产物的氧化过程或水中氧的污染；（2）非水溶剂的采用使得溶剂热法可选择原料范围大大扩大；（3）由于有机溶剂的低沸点，在同样的条件下，它们可以达到比水热合成更高的气压，从而有利于产物的结晶；（4）由于较低的反应温度，反应物中结构单元可以保留到产物中，且不受破坏，同时，有机溶剂官能团和反应物或产物作用，生成某些新型在催化和储能方面有潜在应用的材料；（5）非水溶剂本身的特性有助于认识化学反应的实质与晶体生长的特性。