水热法与溶剂热法
纳米材料的化学合成
纳米材料的化学合成纳米材料是一种具有纳米尺度特征的材料，其在材料科学领域具有重要的应用前景。
纳米材料的化学合成是制备高质量纳米材料的关键步骤，通过精确控制合成条件和方法，可以获得具有特定结构和性能的纳米材料。
本文将介绍纳米材料的化学合成方法及其在材料科学领域的应用。
一、溶剂热法合成溶剂热法是一种常用的纳米材料合成方法，通过在高温高压条件下将金属盐或金属有机化合物与溶剂反应，形成纳米颗粒。
溶剂热法可以控制反应条件，如温度、压力、溶剂种类等，从而调控纳米材料的形貌和尺寸。
例如，利用溶剂热法可以合成金属氧化物、金属硫化物等纳米材料，具有优异的光电性能和催化性能。
二、水热法合成水热法是一种在高温高压水溶液中进行合成的方法，通过调控反应条件和溶液成分，可以合成具有特定结构和形貌的纳米材料。
水热法合成的纳米材料具有较高的结晶度和纯度，广泛应用于电池、传感器、催化剂等领域。
例如，利用水热法可以合成氧化物、磷化物等纳米材料，具有优异的电化学性能和光催化性能。
三、溶胶-凝胶法合成溶胶-凝胶法是一种通过溶胶的形成和凝胶的固化过程来合成纳米材料的方法，通过控制溶胶的成分和凝胶的形成条件，可以制备具有特定结构和形貌的纳米材料。
溶胶-凝胶法合成的纳米材料具有较大的比表面积和孔隙结构，适用于催化剂、吸附剂等领域。
例如，利用溶胶-凝胶法可以合成二氧化硅、氧化铝等纳米材料，具有优异的吸附性能和催化性能。
四、气相沉积法合成气相沉积法是一种通过气相反应在基底表面沉积纳米材料的方法，通过控制气相反应条件和基底表面特性，可以制备具有特定结构和形貌的纳米材料。
气相沉积法合成的纳米材料具有较高的结晶度和纯度，适用于纳米电子器件、光电器件等领域。
例如，利用气相沉积法可以合成碳纳米管、氧化锌纳米线等纳米材料，具有优异的电子传输性能和光电性能。
综上所述，纳米材料的化学合成是制备高质量纳米材料的关键步骤，不同的合成方法可以获得具有不同结构和性能的纳米材料，广泛应用于材料科学、能源领域等。
mofs材料制备方法
mofs材料制备方法MOFs材料制备方法随着科学技术的发展，材料科学领域涌现出许多新型材料，其中一种备受关注的材料就是金属有机框架材料（MOFs）。
MOFs材料由金属离子与有机配体通过配位键形成的结构，具有高度可调性和多样性，广泛应用于气体储存、分离、催化以及药物传递等领域。
本文将介绍一些常见的MOFs材料制备方法。
1. 水热法水热法是制备MOFs材料的常见方法之一。
通常，将金属离子和有机配体溶解在适当的溶剂中，并在高温高压的条件下进行反应。
水热法制备MOFs材料的优点是操作简单、反应时间短，并且可以得到高纯度的产物。
然而，该方法的缺点是反应条件较为严苛，且对金属离子和有机配体的选择性要求较高。
2. 溶剂热法溶剂热法是一种在较低温度下制备MOFs材料的方法。
通过将金属离子和有机配体溶解在适当的溶剂中，并在温和的条件下进行反应。
溶剂热法相比水热法具有更宽的反应条件窗口，适用于制备多种类型的MOFs材料。
此外，溶剂热法还可以通过调节反应条件来控制MOFs材料的形貌和晶体结构。
3. 气相沉积法气相沉积法是一种在气相条件下制备MOFs材料的方法。
通过将金属离子和有机配体以气体的形式引入反应室中，并在适当的温度下进行反应。
气相沉积法具有反应时间短、反应条件可控的优点，可以制备出高纯度、高晶度的MOFs材料。
然而，该方法的缺点是设备要求较高，反应条件难以控制。
4. 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是一种通过溶胶的形式制备MOFs材料的方法。
通常，将金属离子和有机配体溶解在适当的溶剂中，然后通过蒸发或凝胶化的方式使其形成固体。
溶胶-凝胶法可以制备出高分散性和高孔隙度的MOFs材料，并且可以通过调节制备条件来控制材料的形貌和结构。
然而，该方法的缺点是制备过程中需要耐心等待溶胶的凝胶过程。
5. 模板法模板法是一种通过模板的作用制备MOFs材料的方法。
通常，选择一种具有特定形状和尺寸的模板，然后将金属离子和有机配体固定在模板表面，并通过适当的处理使其形成MOFs材料。
化学合成新材料的方法与应用
化学合成新材料的方法与应用随着科学技术的不断进步，化学合成新材料已成为一项重要的研究领域。
本文将探讨化学合成新材料的方法和应用，并介绍几种常见的合成方法和其在各个领域中的应用。
一、化学合成新材料的方法1. 溶剂热法：溶剂热法是一种常用的化学合成方法。
该方法利用高温高压条件下溶剂中的反应活性，通过溶剂的选择和调节反应条件来合成新材料。
例如，通过溶剂热法可以合成出具有特殊结构和性能的金属氧化物纳米材料。
2. 水热法：水热法是一种以水为溶剂，在高温高压的条件下进行物质变化的合成方法。
水热法具有简单、环境友好、反应条件温和等优点，被广泛应用于制备纳米材料、纳米复合材料、功能材料等领域。
3. 气相沉积法：气相沉积法是一种以气体为反应介质，在高温条件下进行新材料的合成。
该方法可用于合成具有高纯度、高均匀性和大面积的薄膜材料，常见的气相沉积法包括化学气相沉积、物理气相沉积等。
4. 溶剂溶胶法：溶剂溶胶法是一种将溶液中的物质在气体或固体基底上进行沉积的方法。
通过溶剂溶胶法，可以制备出结晶度高、纯度高、颗粒尺寸可控的新型材料。
二、化学合成新材料的应用1. 光电子材料：化学合成方法在光电子材料的合成中具有重要应用价值。
例如，利用溶剂热法和气相沉积法可以合成具有优异光电性能的纳米材料，用于太阳能电池、光电探测器等领域。
2. 催化剂材料：化学合成新材料在催化剂领域有广泛的应用。
通过精确控制材料的结构和成分，可以合成具有高效催化活性和选择性的催化剂材料，用于催化反应和环境保护领域。
3. 生物医学材料：化学合成新材料在生物医学领域的应用也逐渐展开。
例如，利用溶剂溶胶法可以制备出具有特殊结构和功能的生物医学纳米材料，用于药物输送、医学诊断和组织工程等方面。
4. 能源材料：新材料在能源领域中的应用是实现可持续发展的重要领域之一。
通过化学合成方法，可以制备出具有高能量密度、长循环寿命和高效能量转化效率的能源材料，用于电池、超级电容器等能源存储与转换装置。
水热和溶剂热法
水热合成与其它合成法的差别：
• 利用水热法合成出来的粉末一般结晶度非常高，并且通过优化 合成条件可以不含有任何结晶水。
• 它同其他的溶液法粉末合成技术相比，例如溶胶一凝胶（sol－ gel）法以及化学沉淀法，具有明显的区别：从合成条件来说， 主要区别在于它们的合成温度和压力明显不同。水热法的温度 范围一般在100～374℃（水的临界温度）之间，压力从环境压 力到 21.7 Mpa（水的临界压力）。不需煅烧可直接获得粉体， 相比之下，溶胶一凝胶和化学沉淀法一般都需要600℃以上煅 烧才能得到陶瓷粉末。
• 这一类合成方法有时也被称为水热反应合成，以区别普通的仅 仅是溶质再结晶过程的水热合成。不过它们的界限经常非常模 糊。
水热法合成的主要驱动力
• 水热法合成陶瓷粉末的主要驱动力是氧化物在不同状态下溶解 度的不同。
例如普通的氧化物粉末（有较高的晶体缺陷密度）、无 定型氧化物粉末、氢氧化物粉末、溶胶－凝胶粉末等在溶剂中 的溶解度一般比高结晶度、低缺陷密度的粉末溶解度大。在水 热反应的升温升压过程中，前者的溶解度不断增加，当达到一 定的浓度时，就会沉淀出后者。
• 因此水热法粉末合成的过程实质上就是一个溶解／再结晶的过 程。
分类
研究表明这些沸石的生成是通过硅酸盐物种围绕有机阳离子聚合并生成三维结构的。
,且2反00应2,后14需(2等1按)高, 1温压53釜度7完-1划5全4冷0分. 却：后才可打开，以防压力突然释放，热液外溅造成危险。 人但工这水 并晶不、是刚说• 玉在如、中方性按解或水石酸、性热红溶与锌液矿中溶、就剂蓝无石法热棉进反等行应上水百热进种合行以成上。的晶温体的度生来长都划已分经发，展可到分工业为化亚的规临模界。 和 超 临 界 合 成 反 应 。 图水3热-1法7的所温得度同• 范心在围纳一米较般电低在缆1的的0S0温E～M3度和74T℃范E（M围照水片的( 1临0界0温～度）2之4 0间℃，压) 力属从于环亚境压临力界到 2合1. 成 高水含量的沸• 石如一般果要是求低在温高合成温，高而低压水条含件量的下沸，石一作般为要求反高应温合介成质。的 水 在超 临 界 状 态 下， 利 用 水 和 反应 物 在 高 温 高压 ( 1 00 0 ℃ ， 0 .3 G Pa) 1p4H0升-1高80会ºC缩下短2成4水小核时时热间条，件加快下晶的化速特度殊，但性同质时会进降行低产的率合。成 为 超 临 界 合 成 反 应 。
水热与溶剂热合成方法的概念水热法ppt课件
“溶解-结晶”机制
所谓“溶解”是指水热反应初期，前驱物微粒之 间的团聚和联接遭到破坏，从而使微粒自身在水 热介质中溶解，以离子或离子团的形式进入溶 液，进而成核、结晶而形成晶粒；
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“结晶”是指当水热介质中溶质的浓度高于晶粒 的成核所需要的过饱和度时，体系内发生晶粒的 成核和生长，随着结晶过程的进行，介质中用于 结晶的物料浓度又变得低于前驱物的溶解度，这 使得前驱物的溶解继续进行。如此反复，只要反 应时间足够长，前驱物将完全溶解，生成相应的 晶粒。
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水热生长体系中的晶粒形成可分为三种类型：
“均匀溶液饱和析出”机制 “溶解-结晶”机制
“原位结晶”机制
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“均匀溶液饱和析出”机制
由于水热反应温度和体系压力的升高，溶质在 溶液中溶解度降低并达到饱和，以某种化合物结 晶态形式从溶液中析出。当采用金属盐溶液为前 驱物，随着水热反应温度和体系压力的增大，溶 质（金属阳离子的水合物）通过水解和缩聚反应 ，生成相应的配位聚集体（可以是单聚体，也可 以是多聚体）当其浓度达到过饱和时就开始析出 晶核，最终长大成晶粒。
• 用这种方法可以合成水晶、刚玉(红宝石、蓝宝石)、绿柱
石(祖母绿、海蓝宝石)、及其它多种硅酸盐和钨酸盐等上 百种晶体。
绿柱石(铍铝硅酸盐矿物) 石榴子石(A3B2[SiO4]3 7
水热法（hydrothermal）（高压溶液法）
8
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
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热处理反应
利用水热条件处理一般晶体
而得到具有特定性晶体的反 应。
利用水热条件下物质热
力学和动力学稳定性差 异进行的反应。
转晶反应
水热与溶剂热法
§ 4.1 水热与溶剂热合成基础
反应的基本类型
（1）合成反应
Nd2O3 ＋ H3PO4 → NdP5O14
CaO·nAl2O3 + H3PO4 → Ca5(PO4)3OH+AlPO4
§ 4.1 水热与溶剂热合成基础
反应的基本类型
(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。
（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。
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。
§ 4.1 水热与溶剂热合成基础
反应的基本类型
(4) 离子交换反应 硬水的软化、长石中的离子交换
§ 4.1 水热与溶剂热合成基础
(8) 提取反应 从化合物或矿物中提取金属 钾矿石中钾的水热提取 重灰石中钨的水热提取
§ 4.1 水热与溶剂热合成基础
反应的基本类型
(9) 氧化反应
金属和高温高压的纯水、水溶液、有
机溶剂得到的新氧化物、配合物、金属有 机化合物的反应。
Cr ＋ H2O Me ＋ nL
Cr2O3 + H2 MeLn
(Me = 金属离子，L有机配体）
一些研究发现成核发生在溶液与某种组 分的界面上。因此，在适当条件下，成核速 率随溶液过饱和程度增加得非常快。
水热与溶剂热技术
• 由于水热与溶剂热化学的可操作性和可调 变性，因此成为衔接合成化学和合成材料 物理性质之间的桥梁。 • 随着水热与溶剂热合成化学研究的深入， 开发的水热与溶剂热合成反应已有多种类 型。基于这些反应而发展起来的水热与溶 剂热合成方法与技术具有其它合成方法无 法替代的特点，显示出广阔的发展前景。
水热与溶剂热合成法的技术特点
• 由于在水热与溶剂热条件下反应物反应性能的改 变、活性的提高，水热与溶剂热合成方法有可能 代替固相反应以及难于进行的合成反应，并产生 一系列新的合成方法。 • 由于在水热与溶剂热条件下中间态、介稳态以及 特殊物相易于生成，因此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。 • 能够使低熔点化合物、高蒸气压且不能在融体中 生成的物质、高温分解相在水热与溶剂热低温条 件下晶化生成。
• 在300°C，dliq. = 0.75 gcm-3, 而dgas = 0.05 gcm-3 随T上升， dliq.逐渐减小， dgas逐渐增 大。当T = TC = 374 °C时， dgas= dliq.= 0.321 gcm-3 (临界水)。当T > TC时，只有气 态水存在，叫做超临界supercritical)水或流 体(fluid)水。T < Tc时的水叫亚临界 (subcritical)水。
实验室常用水热釜
理想水热釜的特点
常用压力容器
常用内衬材料
高压容器的分类
• 按密封方式分类：自紧式高压釜；外紧式高压釜。 • 按密封的机械结构分类：法兰盘式，内螺塞式， 大螺帽式，杠杆压机式。 • 按压强产生分类：内压釜：靠釜内介质加温形成 压强，根据介质填充计算压强。外压釜：压强由 釜外加入并控制。 • 按设计人名分类：Morey釜（莫里釜）； Smith釜 （斯密斯釜）；Tuttle釜（塔特尔釜或冷封试管 高压釜）；Barnes釜（巴恩斯釜或巴恩斯摇摆反 应器）。
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
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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
第二章-水热法与溶剂法-乔英杰
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水热法制备出的粉体
• 简单的氧化物： ZrO2 、 Al2O3 、 SiO2 、 CrO2 、
Fe2O3 、 MnO2 、 MoO3 、 TiO2 、 HfO2 、 UO2 、 Nb2O5、CeO2等；
• 混 合 氧 化 物 ： ZrO2-SiO2 、 ZrO2-HfO2 、 UO2-
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1.超临界水热合成
超临界流体（SCF）是指温度及压力都处于临界
温度和临界压力之上的流体。
在超临界状态下，物质有近于液体的溶解特性以 及气体的传递特性：
粘度约为普通液体的0.1～0.01； 扩散系数约为普通液体的10～100倍； 密度比常压气体大102～103倍。
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P 固 A 气 O
B 液
超临界 流体
C
T
图 2.2 超临界流体相图
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超临界水(SCW)是指温度和压力分别高于其临界
温度(647K)和临界压力(22.1MPa)，而密度高于
其临界密度(0.32g/cm3)的水。
在一般情况下，水是极性溶剂，可以很好的 溶解包括盐在内的大多数电解质，对气体和大多 数有机物则微溶或不溶。但是到达超临界状态 时，这些性质都发生极大的变化：
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一般情况下，气体的粘度随温度的升高 而增大，液体的粘度随温度的升高而减小。 标准条件下水的粘度系数是1.05×10-3Pa· s， 而在超临界状态下，例如在 450℃ 与 27MPa 时 ， 水 的 粘 度 系 数 为 2.98×10-3Pa· s，在 1000℃时，即使水的密度为 1.0g/cm3时，水 的粘度系数也只有约 45×10-5Pa· s ，与普通 条件下空气的粘度系数 (1.795×10-5Pa· s) 接 近。
材料合成与制备 第2章 水热与溶剂合成
晶核的形成包含了液-固相的转变及形成新的固-液界面，晶体 形成总的自由能变化为：G Gs Gv
常用的溶剂有：乙二胺、甲醇、乙醇、二乙胺、三乙胺、吡啶、 苯、甲苯、二甲苯、二甲基乙烷、苯酚、氨水、四氯化碳、甲酸等。
与水热反应相比，溶剂热法具有以下优点： (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) 溶剂热法扩大了原料的选择范围，如氟化物、氮化物及硫属化 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。 (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。
晶核临界半径： r 2
Gv
2）晶体生长理论 晶体生长理论主要研究晶体结构内部、晶体生长条件、晶体
生长状态以及晶体性能四者之间的关系。从微观讲,晶体生长是一 个基元过程，包括以下步骤：
(1)基元的形成 (2)基元在生长界面吸附 (3)基元在界面运动 (4)基元在界面上结晶或脱附
从宏观讲,晶体生长是晶体与环 体界面向流体的推动的过程。驱 动力所做的功为:
(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作用的材料。
(5)非水溶剂的种类繁多，其本身的一些特性，如极性与非极 性、配位络合作用、热稳定性等，为人们认识化学反应的实质和晶 体生长的特征，提供了许多值得研究和探索的线索。
水热法和溶剂热法的区别
溶剂热法是在水热法的基础上发展起来的，指密闭体系如高压釜内，以有机物或非水溶媒为溶剂，在一定的温度和溶液的自生压力下，原始混合物进行反应的一种合成方法。
它与水热反应的不同之处在于所使用的溶剂为有机物而不是水。
水热法往往只适用于氧化物功能材料或少数一些对水不敏感的硫属化合物的制备与处理，涉及到一些对水敏感(与水反应、水解、分解或不稳定)的化合物如Ⅲ一V族半导体、碳化物、氟化物、新型磷(砷)酸盐分子筛三维骨架结构材料的制备与处理就不适用，这也就促进了溶剂热法的产生和发展。
另外，物相的形成、粒径的大小、形态也能够控制，而且，产物的分散性较好。
在溶剂热条件下，溶剂的性质（密度、粘度、分散作用)相互影响，变化很大，且其性质与通常条件下相差很大，相应的，反应物（通常是固体）的溶解、分散过及化学反应活性大大的提高或增强。
这就使得反应能够在较低的温度下发生。
水热法（Hydrothermal）是19 世纪中叶地质学家模拟自然界成矿作用而开始研究的。
1900 年后科学家们建立了水热合成理水热法论,以后又开始转向功能材料的研究。
目前用水热法已制备出百余种晶体。
水热法又称热液法,属液相化学法的范畴。
是指在密封的压力容器中,以水为溶剂,在高温高压的条件下进行的化学反应。
水热反应依据反应类型的不同可分为水热氧化、水热还原、水热沉淀、水热合成、水热水解、水热结晶等。
其中水热结晶用得最多。
在这里简单介绍一下它的原理: 水热结晶主要是溶解———再结晶机理。
首先营养料在水热介质里溶解,以离子、分子团的形式进入溶液。
利用强烈对流(釜内上下部分的温度差而在釜内溶液产生) 将这些离子、分子或离子团被输运到放有籽晶的生长区(即低温区) 形成过饱和溶液,继而结晶。
溶剂热法（Solvothermal）是将反应物按一定比例加入溶剂，然后放到高压釜中以相对较低的温度反应。
在这种方法中，溶剂处在高于其临界点的温度和压力下，可以溶解绝大多数物质，从而使常规条件下不能发生的反应可以进行，或加速进行。
金属有机框架物的合成方法
金属有机框架物的合成方法金属有机框架物（Metal-Organic Frameworks，MOFs）是一类由金属离子或金属簇与有机配体形成的结晶材料，其具有多孔性、高表面积和可调控的孔径特性，因此在气体存储、催化反应、分离纯化等领域有广泛的应用潜力。
下面将介绍几种常见的金属有机框架物的合成方法。
1.水热法：水热法是一种常见的金属有机框架物合成方法。
在一个密封的容器中，将金属离子、有机配体和溶剂混合，并在高温和高压条件下反应。
通过调节温度、反应时间以及金属离子和有机配体的比例，可以合成出具有不同孔径和结构特征的金属有机框架物。
2.溶剂热法：溶剂热法利用溶剂的蒸发来驱动金属有机框架物的合成。
首先，在有机溶剂中将金属离子和有机配体混合，形成溶液。
然后，将溶液慢慢加热，溶剂逐渐蒸发，金属离子和有机配体被迫靠近形成金属有机框架物。
3.气相扩散法：气相扩散法是一种无溶剂的金属有机框架物合成方法。
将金属离子和有机配体混合，形成固体粉末。
然后，将固体粉末加热至一定温度，使其挥发释放。
金属离子和有机配体蒸气会在空气中扩散，形成金属有机框架物的晶体。
4.气相合成法：气相合成法是一种直接在气相中合成金属有机框架物的方法。
首先，制备金属离子的气体前体。
然后，在高温和沉积剂的存在下，将金属离子的气体前体和有机配体的气体前体共同通过气相反应合成金属有机框架物。
5.离子交换法：离子交换法利用金属柱状有机-无机杂化材料中的无机骨架作为母体，经过离子交换反应将母体中的无机离子替换成金属离子，形成金属有机框架物。
总的来说，金属有机框架物的合成方法可以通过水热法、溶剂热法、气相扩散法、气相合成法和离子交换法等多种途径实现。
随着对金属有机框架物合成机制和性能的深入研究，新的合成方法也在不断涌现，为金属有机框架物的合成和应用带来了更多可能。
水热和溶剂热法
水热和溶剂热法是两种常用的制备化学材料的方法。
水热法是一种在密封高压釜中，以水为溶剂、在高温高压下进行化学反应的合成方法。
这种方法具有操作简单、反应条件易于控制等优点，可用于制备碳化聚合物点等材料。
溶剂热法也是一种在密封高压釜中，以有机溶剂为溶剂、在高温高压下进行化学反应的合成方法。
与水热法不同的是，溶剂热法使用的溶剂是有机溶剂，而不是水。
以上信息仅供参考，如有需要，建议查阅化学专业书籍或咨询专业化学人员。
水热与溶剂热合成的的原理、特点与应用
•难合成物质、 降低合成温度
• 特种介稳结
构、
• 特种凝聚态
、
• 新合成产物
。
• 低熔点化合
物、
• 高温分解相
、
• 高蒸气压物
质
•8
④ 结晶好:水热与溶剂热的低温、等压 、溶液条件，有利于生长极少缺陷、取向 好、完美的晶体，且合成产物结晶度高以 及易于控制产物晶体的粒度。
• 制备单晶 、
路漫漫其悠远
•38
•17
路漫漫其悠远
•18
路漫漫其悠远
•19
路漫漫其悠远
•20
•6、水热与溶剂热合成的制备过程、工艺控制
6.1 水热法合成程序
选择反应物料；
确定合成物料的配方；
配料程序摸索，混料搅拌；
装釜，封釜；
确定反应温度、时间、状态（静止与动态晶化）；
取釜，冷却（空气冷、水冷）；
开釜取样；
过滤，干燥；
路漫漫其悠远
•31
作业： 1、水热与溶剂热合成的特点及应用？ 2、超临界水氧化的应用？ 3、举一个水热与溶剂热合成材料的实例。
（反应类型、设备、制备过程、工艺控制、产物结 构与性能）
路漫漫其悠远
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温度梯度的影响
路漫漫其悠远
•晶体生长得很快,但是 往往出现网状开裂，沿 籽晶面开裂、双晶、并 常常伴有自发成核杂乱 堆积的小晶体生成。
水热与溶剂热合成：在一定温度(100-1000℃)和压力(1-100MPa) •（广义条地件）下，利用溶液中物质化学反应所进行的合成。
水热合成：在水体系中进行。 溶剂热合成：在非水（主要是有机溶剂）体系中进行。
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水热法：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(或自生蒸汽 压),创造一个相对高温、高压的反应环境,使通常难溶或 不溶的物质溶解并且重结晶（或反应)而进行无机合成 与材料处理的一种有效方法。
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。
材料制备技术4.6 水热及溶剂热法
当500℃，0.1 GPa，水的粘度仅为平常条件下 的10%，因此，分子和离子的活动性大为增强。 ④ 离子积变高 常温常压下，Kw=[H+][OH-]=1×10-14 1000℃，1GPa，-lgkw=7.85±0.3
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4.6 水热法及溶剂热合成法
⑤介电常数变小 水的介电常数随温度的升高而降低，随压力的 增大而升高。但主要受温度的影响。 介电常数的变化，使水的溶解性能发生剧烈的 变化
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4.6 水热法及溶剂热合成法
4.6.2 超临界水-新型的反应体系
当温度、压力达到特定值时，纯净物质会出现液、 气界面消失的现象，该点被称为临界点。超临界流 体指的是处于临界点以上温度和压力区域下的流体， 在临界点附近，会出现流体的密度、粘度、溶解度、 热容量、介电常数等所有物性发生急剧变化的现象。
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4.6 水热法及溶剂热合成法
4.6.2 超临界水-新型的反应体系
超临界流体由于液体与气体分界消失，是既使 提高压力也不液化的非凝聚性气体。超临界流体的 物性兼具液体性质与气体性质。即，密度大大高于 气体，粘度比液体大为减小，扩散度接近于气体。 另外，根据压力和温度的不同，这种物性会发生变 化，因此，在提取、精制、反应等方面，越来越多 地被用来作代替原有有机溶媒的新型溶媒使用。
4.6.1 水热与溶剂热合成基础
1 概念
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。
与溶液化学的不同之处：水热与溶剂热合成化学是 研究物质在高温和密闭或高压条件下溶液中的化学 行为与规律的分支。侧重研究水热合成条件下物质 的反应性.
配位化学中的水热和溶剂热的课件。
(1)合成反应
通过数种组分在水热或溶剂热条件下直接化 合或经中间态发生化合反应。 利用此类反应可合成各种多晶或单晶材料。
Nd2O3 + H3PO4 NdP5O14
(2)热处理反应
条件处理一般晶体而得到具有 特定性能晶体的反应
例如：人工氟石棉人工氟云母
(3)转晶反应 利用水热与溶剂热条件下物质热力
(11)水解反应
例如
醇盐水解等
(12)水热热压反应
水热热压条件下，固化与 复合材料的生成反应
例如
放射性废料处理、特殊材料的固 化成型、特种复合材料的制备
硝化反应
水热、溶剂热合成化学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、溶剂热合成是指在一定温度(100-1000℃)和压强(1-l00 MPa) 条件下利用溶液中物质化学反应所进行的合成
能够使低熔点化合物、高蒸气压且不能在融体中生 成的物质在水热与溶剂热条件下晶化生成。
四
水热和溶剂热
水热法又称热液法，属液相化学法的范畴。是指在 密封的压力容器中，以水为溶剂,在高温高压的条 件下进行的化学反应。
定义
溶剂热反应是水热反应的发展，它与水 热反应的不同之处在于所使用的溶剂为 有机溶剂而不是水,一种或几种前驱体 溶解在非水溶剂中，在液相或超临界条 件下，反应物分散在溶液中并且变的比 较活泼，反应发生，产物缓慢生成。
学和动力学稳定性差异进行的反应
例如：良石高岭石; 橄榄石蛇纹石; NaA沸石NaS沸石
(4)离子交换反应 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-。
(5)单晶培育
高温高压水热、溶剂热条件下， 从籽晶培养大单晶
水热法和溶剂热法的区别电子教案
水热法和溶剂热法的区别精品文档溶剂热法是在水热法的基础上发展起来的，指密闭体系如高压釜内，以有机物或非水溶媒为溶剂，在一定的温度和溶液的自生压力下，原始混合物进行反应的一种合成方法。
它与水热反应的不同之处在于所使用的溶剂为有机物而不是水。
水热法往往只适用于氧化物功能材料或少数一些对水不敏感的硫属化合物的制备与处理，涉及到一些对水敏感(与水反应、水解、分解或不稳定)的化合物如Ⅲ一V族半导体、碳化物、氟化物、新型磷(砷)酸盐分子筛三维骨架结构材料的制备与处理就不适用，这也就促进了溶剂热法的产生和发展。
另外，物相的形成、粒径的大小、形态也能够控制，而且，产物的分散性较好。
在溶剂热条件下，溶剂的性质（密度、粘度、分散作用)相互影响，变化很大，且其性质与通常条件下相差很大，相应的，反应物（通常是固体）的溶解、分散过及化学反应活性大大的提高或增强。
这就使得反应能够在较低的温度下发生。
水热法（Hydrothermal）是19 世纪中叶地质学家模拟自然界成矿作用而开始研究的。
1900 年后科学家们建立了水热合成理水热法论,以后又开始转向功能材料的研究。
目前用水热法已制备出百余种晶体。
水热法又称热液法,属液相化学法的范畴。
是指在密封的压力容器中,以水为溶剂,在高温高压的条件下进行的化学反应。
水热反应依据反应类型的不同可分为水热氧化、水热还原、水热沉淀、水热合成、水热水解、水热结晶等。
其中水热结晶用得最多。
在这里简单介绍一下它的原理: 水热结晶主要是溶解———再结晶机理。
首先营养料在水热介质里溶解,以离子、分子团的形式进入溶液。
利用强烈对流(釜内上下部分的温度差而在釜内溶液产生) 将这些离子、分子或离子团被输运到放有籽晶的生长区(即低温区) 形成过饱和溶液,继而结晶。
溶剂热法（Solvothermal）是将反应物按一定比例加入溶剂，然后放到高压釜中以相对较低的温度反应。
在这种方法中，溶剂处在高于其临界点的温度和压力下，可以溶解绝大多数物质，从而使常规条件下不能发生的反应可以进行，或加速进行。