软化学合成法
第2章 软化学法
化学和力学等方面的特殊性能
涂 层 的
溶 胶 薄凝 膜胶 的法 微上 观 照 片
PZT
比较项
物质源 激活方式 制备温度 膜结构 膜致密性 膜附着性 化学组成相 组成均匀性 成本
PVD
生成膜物质的蒸汽 消耗蒸发热、电离等 250~2000℃（蒸发源） 25~适合温度(基片) 单晶、多晶、非晶 致密 较好 一般 高
+
A
+ + + + + + + +
+ - +- + - - + - + + liquid -
-
+ + +
－ － －
－ － － － －
φ0
ζ
+ + + +
－ －
B
Particle Surface charge
Distance x from surface
胶体稳定 定义：用原料通过化学反应制成先驱物，然后焙烧即
得产物。
先驱物种类：复合金属配合物 、金属碳酸盐 、金属
氢氧化物或硝酸盐的固溶体等。
2.2 先驱物法
先驱体法在无机合成中的应用 尖晶石ZnFe2O4的合成
Zn2+十2Fe3+十4C2O42-＝ZnFe2(C2O4)4↓ ZnFe2(C2O4)4 ＝ZnFe2O4 十4CO十 4CO2
溶胶稳定机制
•溶胶颗粒表面电荷来自胶粒晶格离子的选择性电离，或选择性吸附 溶剂中的离子。 •对金属氧化物水溶胶，一般优先吸附H ＋ 或OH － 。当pH>PZC时，胶粒 表面带负电荷；反之，则带正电荷。 •根据DLVO理论，胶粒受到双电层斥力和长程范德华引力二种作用， 此外，胶粒间相互作用还有分子间的范德华力和由表层价电子重叠引 起的短程波恩斥力。
纳米粉体Bi2O3的软化学合成
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由于具有量子尺寸效应 、 小尺寸效应 、 体积效应 、 表面效应 等新颖性能 ， 纳米材料在光学 、 电学 、 催化 和磁 学等领 域 的应用 越 来越 广 泛 ， 制备 也成 为 国 内外 非 常热 门 的研究课 题 ． 化铋 是 一种 先进 的功 能粉 氧 体材料 ， 应用 广 泛 … ， 纳米 氧化 铋 由于 粒 度更 细 ， 了具 有 一 般 粒 度 的 氧 化 铋 粉末 的性 质 和 用 途外 ， 而 除
粉体 ； 过 Ｘ 通 ＲＤ、Ｇ —Ｄ Ｃ和 Ｔ Ｍ 三 种 分 析 方 法 对 产 物 的物 相 、 驱 体 分 解 、 度 形 貌 进 行 观 察 分 析 ， 果 显 示 纳 米 ＴＡ Ｓ Ｅ 前 粒 结
Ｂ， 粒子的晶粒大小为 ３ ７ ｍ， ｉＯ ０— ０ｎ 煅烧温度为 ４ ０℃ ， ６ 产物为 单斜 晶型 Ｏ ｔ—Ｂ２ ３ 并 对高分 子网络 法制备 Ｂ２ 纳米 ｉＯ ； ｉＯ３
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软化学合成方法
软化学合成方法软化学合成是一种通过化学方法合成材料的技术，其特点在于反应条件较为温和，一般在室温到200°C之间。
此外，软化学合成可以在常压或较低压下进行，无需高压设备，经济实用，因此受到越来越多的关注。
软化学合成方法主要应用于无机材料和复合材料的制备，同时也可用于有机材料和生物材料的制备。
软化学合成的基本原理是在水或有机溶剂中利用化学反应使得原料分子发生断裂、重新组合和生长，最终形成所需物质。
反应中通常运用配位化学的原理，利用金属离子和其它活性基团在反应后与底物发生配位作用，促进反应的进行。
软化学合成方法根据不同的反应机理和化学特性可分为以下几类：1.羟磷灰石方法：羟磷灰石（HA）是一种常见的骨科医用材料，常常用于修复骨折和缺损等。
合成HA的传统方式是通过高温固相反应，但该方法成本高且反应过程难以控制。
软化学合成方法可以通过控制水转化速率，以较低的温度制备HA。
反应中首先形成一种类似HA前驱体的物质，在加入氢氧化钠等碱性物质加速反应后，该物质转化为HA晶体。
2.水热合成法：水热合成法是一种采用水作为反应介质，在高温高压条件下进行反应的方法。
该方法可以用于制备各种金属氧化物、氢氧化物、钙钛矿、复合氧化物等。
水热合成前，底物通常需要通过溶胶-凝胶方法或共混法与适当的配体结合，形成均匀的溶胶体系。
水热反应的机制是在高压条件下，底物之间发生物理和化学变化，形成高度纳米化的颗粒和均匀的纳米晶体。
3.凝胶法：凝胶法是一种可产生微纳米级多孔结构或非晶状态材料的方法，适用于制备各种高纯度氧化物、金属、非金属元素的混合氧化物、硅基化合物等。
凝胶法实际上是一种溶胶-凝胶过程，首先将金属盐、硅源等原料溶解在水/有机溶剂中，形成均匀的溶液，然后加入凝胶剂形成凝胶。
凝胶在干燥和煅烧后形成高度纳米化的粉体材料。
4.微乳液法：微乳液法是一种高度纳米化的液相合成方法，适用于制备具有均匀形貌和粒径分布的无机材料颗粒和复合材料。
LiFePO4的软化学合成及锂快离子导体修饰
LiFePO4的软化学合成及锂快离子导体修饰闫时建;高亮;张敏刚;郑建军;刘建生【摘要】采用溶剂热法制备正极材料LiFePO4,采用溶胶凝胶法制备Li0.5La0.5TiO3(LLTO)粉体,并通过酒精悬浮法对LiFePO4进行修饰,修饰量为LiFePO4质量的1％～4％,获得了薄壁蜂窝状自组装结构的LiFePO4上修饰有球状LLTO纳米颗粒的复合正极材料.通过进行充放电测试、交流阻抗测试及循环伏安测试,研究了不同修饰量对电池的充放电比容量、循环性能及可逆性的影响,发现当LLTO含量为3％(w/w)时,以2C和5C倍率放电相对于没有修饰LLTO的LiFePO4的比容量分别提高29.7％和31.6％,30次循环之后,容量损失率较未改性前减小4.13％,循环伏安曲线上氧化还原峰之间的电位差仅为0.117 V,以3％的LLTO修饰改性的LiFePO4显著提高了电池的倍率性能、循环性能和低温性能.【期刊名称】《无机化学学报》【年(卷),期】2018(034)007【总页数】8页(P1319-1326)【关键词】锂离子电池;LiFePO4;Li0.5La0.5TiO3;修饰【作者】闫时建;高亮;张敏刚;郑建军;刘建生【作者单位】太原科技大学材料科学与工程学院,先进材料研究所,太原 030024;太原科技大学材料科学与工程学院,先进材料研究所,太原 030024;太原科技大学材料科学与工程学院,先进材料研究所,太原 030024;太原科技大学材料科学与工程学院,先进材料研究所,太原 030024;太原科技大学材料科学与工程学院,先进材料研究所,太原 030024【正文语种】中文【中图分类】O614.111;TM9120 引言软化学合成方法的进展降低了制备锂离子电池正极材料的能耗和污染，也使合成的粉末颗粒形貌更加可控，从而提高电化学性能[1-2]。
例如近些年来，国内外研究人员用超临界水热法合成LiFePO4[3]，粒径细小均匀，缩短了合成时间，产业化前景良好，但是对合成过程中影响因素的研究仍不够全面。
无机合成简明教程复习笔记(考研+期末)
无机合成简明教程复习笔记一、第一章●无机合成十大热点/前沿领域1.特种结构无机材料的制备2.软化学合成●硬化学：在超高温、超高压、强辐射、无重力、仿地心、仿宇宙等条件下探索新物质合成●软化学：采取迂回步骤，在较温和条件下实现化学反应过程，以制备相关材料的化学领域●方法：前驱体法、溶胶-凝胶法、溶剂热合成法、插入反应、离子交换过程、熔体（助溶剂）法、酶促合成骨骼和人齿反应、拓扑化学过程及一些电化学过程●特点●不需用高纯金属作原料●制成的合金是具有一定颗粒度的粉末，在使用时无需碾碎●产品本身具有高活性●产品具有良好的表面性质和优良的吸放氢性能●合成方法简单●有可能降低成本●为废旧储氢合金的回收再生开辟了新途径3.极端条件下合成4.杂化材料的制备5.特殊聚集态材料合成6.特种功能材料的分子设计●概念：其指开展特定结构无机化合物或功能无机材料的分子设计、裁剪与分子工程学的研究●步骤：以特定的功能为导向➡️在分子水平上实现结构设计和构建➡️研究分子构建的形成和组装规律➡️对特定性能的材料进行定向合成7.仿生合成●概念：其指在分子水平上模拟生物的功能，将生物的功能原理用于化学，借以改善现有的和创造崭新的化学原理和工艺科学●仿生膜●选择性通透作用●低能耗、低成本和单极效率高●适合热敏物质分离●应用广泛、装置简单、操作方便、不污染环境8.纳米粉体材料制备●化学制备方法●水热-溶剂热法●热分解法●微乳液法●高温燃烧合成法●模板合成法●电解法●化学沉淀法●化学还原法●溶胶-凝胶法●避免高温引起相分离9.组合化学●其是一门将化学合成、组合理论、计算机辅助设计及机器人结合为一体的技术●基本思想和主要过程●设想和定义●选择相关元素●构建化合物库●并行处理技术●加工过程●高通量分析●将新材料及合成与分析数据送交用户10.绿色合成●方法和实例●热化学循环分解水●水热-溶剂热合成●超临界二氧化碳和成●绿色电解合成●低热固相合成●固相合成四个阶段●扩散●反应●成核●生长●五个特点●具有潜伏期●无化学平衡●拓扑化学控制原理●分步反应●嵌入反应●定义：指在制造和应用化学产品时有效利用原料（最好可再生），消除废物和避免使用有毒的、危险的试剂与溶剂●核心和主要特点（原子经济反应）●无毒无害原料，可再生资源●环境友好产品，回归自然，废物回收利用●无毒无害催化剂●无毒无害溶剂二、第二章●Ellingham 图1.吉布斯-亥姆霍兹方程2.如何理解：设（x,y)（ x,y分别为两种物质），位于金属氧化物线段之下的温度区间，x可用于还原金属氧化物，而本身被还原为y3.应用●古代制铜器●金属锌制备●耦合反应1.概念：原来不能单独自发进行的反应A，在反应B的帮助下合并，合并在一起的总反应可以进行，这种情况称之为耦合反应2.应用实例●单质磷的制备●四氯化钛的制备●氧化法制备硫酸铜●泡佩克斯图1.概念：它是相关电对的电极材料-参加反应各物种浓度-温度-溶液酸度图●电极反应类型●既有氢离子或氢氧根离子参加，又有电子参加，这时的泡佩克斯图为一直线，斜率为（-m/n)*0.059,截距为E池●电极反应只有电子得失，没有氢离子或氢氧根离子参加，其图形为平行于横坐标的直线●电极反应有氢离子或氢氧根离子参加，但没有电子得失，其图形为平行于纵坐标的直线2.性质●直线上方为氧化态的稳定区，下方为还原态的稳定区●直线左边是物种离子的稳定区，右边是沉淀的稳定区3.应用●判断氧化还原反应进行的方向和顺序●对角线规律●两条直线间的距离越大，E池越大，➡️G越负，则反应自发进行的趋势越大●对同时存在的几个反应，氧化还原反应进行的顺序可按直线之间距离的大小排序（从大到小）●确定水的稳定区●如图，凡是泡佩克斯图落在j-k之间的氧化剂或还原剂都不会与水反应●可判断物种在水中存在的区域，或者提供制备的条件●湿法冶金中的应用●在电化学中的应用●热力学相图1.一致熔融化合物2.不一致熔融化合物三、第三章●低温合成1.物态●物质的第四态：等离子态，升高温度（数百万度）●物质的第五态：波色-爱因斯坦凝聚（超导态和超流态），温度低至临界温度2.低温温区划分●普冷区：环境温度到120k●深冷区：120k到绝对零度●普冷与低温的分界线：123k3.低温获得●恒温低温浴●制冷产生低温P78●低温恒温器●储存液化气体装置●高压气体钢瓶●气体钢瓶的颜色●气体钢瓶的安全使用●原因：钢瓶内部填充的气体压力很大，并且有的气体具有可燃性和助燃性，故钢瓶具有一定的易燃易爆性●注意点●气瓶必须连接压力调节器，经降压后，再流出使用●安装调节器，配管一定要用合适的，安装后试接口，不漏气方可使用●保持清洁，防污秽侵入，防漏气●小心使用，不可过度用力●易燃气体钢瓶应装单向阀门，防止回火●避免和电器电线接触，以免产生电弧使气体受热发生危险●瓶内气体不可用尽，即压力表指压不可为0，否则可能混入空气，重装气体时会有危险●气体附近必须有灭火器➡️，且工作场所通风良好4.低温的测量●蒸气压温度计●低温热电偶●低温热电阻温度计5.应用●稀有气体合成●KrF2的低温放电合成● XeO4的低温水解合成●在高氙酸盐中缓慢滴入零下五摄氏度的浓硫酸，生成四氧化氙气体●真空升华得纯品，储存于零下78摄氏度的冷凝容器中●XeF2的低温光化学合成P84●RnF2的光化学合成●金属，非金属同液氨的反应●碱金属及其化合物同液氨的反应●U型汞鼓泡管主要作为液氨蒸发的出口，并在所有的液氨蒸发后，阻止气体进入杜瓦瓶●碱土金属同液氨反应●某些化合物在液氨中的反应●非金属同液氨的反应●液氨中配合物的生成●低温下挥发性化合物的合成●二氧化三碳的合成●氯化氰的合成●磷化氢的合成●实验结束时不断的使氢气通过烧瓶，同时使烧瓶中的物质冷却，直至磷完全凝固。
合成化学第四章
2.
特点
⑴ 替代固相及难于进行的反应，产生一系列新的合成方法。 ⑵ 特种介稳结构、特种凝聚态产物
⑶ 能使低熔点、高蒸气压且不能在融体中生成的物质、高温分解相在低温条件下晶化 生成。
⑷ 利于生长极少缺陷、取向好且晶形完美的晶体，产物结晶度高，晶体粒度易控制。 ⑸ 利于低价态、中间价态与特殊价态及特殊物相化合物生成，并能均匀掺杂。
4.
煅烧过程
将干凝胶在选定温度下恒温处理以得到致密的产品。
Mn+ + nH2O → M(OH)n + nH+
无机途径是无机盐为水解原料，向溶液中加入碱液（如氨水）使得反应平衡向 右移动，逐渐形成M(OH)n沉淀，沉淀物经水洗、过滤并分散于强酸溶液中得 到稳定的溶胶。溶胶经加热脱水等方式处理得到凝胶，再经干燥和焙烧后形 成金属氧化物粉体。
8. ������ ������ 水热离子交换反应： 水热离子交换反应指在水热条件下，利用离子之间的交换发生的反应。 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、温石绵的OH-交换为F-, Cl-,OH-, CO32-, SO42-等
9.
������ ������
水热萃取反应
组合方法, 如电化学水热法和微波水热合成方法等多方法的组合合成
这两种方法是近年来新发展出的水热合成法。前者将水热法与电场相结合， 而后者用微波加热水热反应体系。
1. 2.
§ 4.3.3 水热合成应用
高温高压水热体系两高三低：
⑴ 蒸气压变高 ⑵ 离子积变高 ⑶ 密度降低 ⑷ 表面张力降低 ⑸ 黏度降低
第四章：软化学合成法
§ 4.1 软化学合成概述
1.
软化学合成方法
软化学合成方法
软化学合成方法，嘿，那可真是超厉害的玩意儿！步骤是啥呢？先得选好原料吧，就像做饭得挑好食材一样，这可不能马虎。
然后得控制好反应条件，温度啦、压力啦啥的，这就跟开车得掌握好速度和方向似的。
注意事项呢？可不能瞎搞呀，得严格按照要求来，不然搞砸了咋办？就像搭积木，一不小心就倒了。
安全性咋样呢？那肯定得重视呀！要是不安全，出了事儿可不得了。
这就跟走钢丝一样，得小心再小心。
稳定性呢？也很重要哇，不能今天弄好了，明天就坏了。
这就跟盖房子，得结实耐用。
应用场景可多了去了。
在材料科学领域，那可是大显身手。
做电池材料啦、催化剂啦啥的，都能用上。
优势也很明显呀，反应条件温和，不像有些方法那么暴力。
这就跟温柔的老师教导学生，比凶巴巴的老师效果好多了。
看看实际案例，有个材料用软化学合成方法做出来，性能那叫一个棒！就像丑小鸭变成了白天鹅。
这效果，能不让人惊喜吗？
软化学合成方法真的超棒呀！能让我们做出更好的材料，为科技发展助力。
我们得好好利用这个方法，创造更多的奇迹。
软化学和绿色合成方法
体系，溶胶经陈化胶粒间缓慢聚合，形成三维
空间网络结构的凝胶，凝胶网络间充满了失去
流动性的溶剂，形成凝胶。凝胶经过干燥、烧
结固化制备出分子乃至纳米亚结构的材料。
• 应用：具有不同特性的氧化物型薄膜，如V2O5, TiO2, MoO3, WO3, ZrO2, Nb2O3等。
溶胶－凝胶法的基本原理
分子态——聚合体——溶胶——凝胶——晶态或非晶态
原料成本较高 缺 存在残留小孔洞 点 较长的反应时间
有机溶剂的危害性
无机金属盐的水解：
当阳离子M2+溶解在纯水中则发生如下溶剂化反应：
这种溶剂化作用导致部分共价键的形成, 所以水分子变 得更为酸性。 按电荷迁移大小，溶剂化分子发生如下变化(水解作用)：
在通常的水溶液中，金属离子可能有三种配体， 即水(H2O)，羟基(OH)和氧基(＝O)。
5.2 溶胶－凝胶法 (sol-gel)
• 胶体（colloid）是一种分散相粒径很小的分散体系， 分散相粒子的重力可以忽略，粒子之间的相互作用 主要是短程作用力。是热力学不稳定而动力学稳定 的体系。
• 溶胶（Sol）是具有液体特征的胶体体系，分散的粒 子是固体或者大分子，分散的粒子大小在1～100nm 之间。
化（XRD、中子衍射、DTG-TG） • 反应中官能团及键性质的变化（红外、拉曼） • 固态物体的核磁共振谱测定M-O结构状态
溶胶－凝胶法应用
溶胶－凝胶法应用（1）
• 铝胶制备及化学机理
• 铝盐溶液中，铝离子呈水合状态，即[Al(H2O)6] 3+。氢离子 释放出来—水解反应 [Al(H2O)6] 3+ = [Al(OH)(H2O)5] 2+ + H+ [Al(OH)(H2O)5] 2+ = [Al(OH)2(H2O)4] + + H+ [Al(OH)2(H2O)4] + = [Al(OH)3(H2O)3]0 + H+
纳米磁性材料的制备及其在生物医药领域中的应用研究
纳米磁性材料的制备及其在生物医药领域中的应用研究一、前言作为在纳米科学中的一个重要分支，纳米磁性材料近年来在各个领域都得到了广泛关注和应用。
作为精细材料领域中的一种核心技术，纳米磁性材料在生物医药领域中也迎来了越来越普及的发展机遇，成为生物医学领域研究和治疗的新技术。
二、纳米磁性材料制备技术1. 软化学合成纳米磁性材料的制备方法中，软化学合成法是最常用的一种。
该方法通过溶液中化学还原、水热合成、微波辐射等化学反应方法制备纳米磁性材料。
这种方法有一些优点，例如合成过程容易控制，易于实现大规模生产，产物纯度高等。
同时，合成过程中的控制条件可以影响产物形态、尺寸、内部结构等，因此可以根据实际需要对产物进行修饰。
2. 气相法气相法是纳米磁性材料制备方法的另一种方式，该法通过在一定温度下对气体原子或分子进行反应制备产品。
这种方法对于制备具有一定结构的纳米材料、以及制备大面积纳米材料来说有一定的优点，但是由于需要高温来进行反应，因此也存在安全性问题。
3. 机械法机械法是纳米磁性材料制备的另一种方式，在该方法中，加入一定数量的粉末材料和球磨介质在球磨器中进行机械合成。
由于这种方法可以在短时间内制备高性能的纳米磁性材料，并且可以根据需求调整颗粒尺度和组成，因此也在相关领域得到了广泛应用。
三、纳米磁性材料在生物医药领域中的应用1. 生物成像由于纳米磁性材料具有特殊的磁性和表面结构，因此适合成为高分辨率成像的材料。
在生物医药领域中，纳米磁性材料多被用来作为新型的生物成像探针，例如：超级顺磁性氧化铁。
2. 靶向治疗纳米磁性材料可以与抗癌药物等解离在细胞内，这可以帮助实现对肿瘤的精确诊治。
纳米磁性材料还可以用于制备新型的靶向抗癌药物，实现在肿瘤区域释放药物并减轻产生药物的副作用。
3. 细胞标记纳米磁性材料也被用于细胞追踪和定位，可以用来显微照明等技术进行内部成像。
通过使用纳米磁性材料进行纵向、横向研究，可以帮助研究人员更深入了解生物学方面的一系列问题。
软化学及软化学合成法
软化学及软化学合成法作者：石海信谭铭基黄冬梅来源：《化学教学》2010年第09期摘要:简介了软化学的基本概念,并从化学热力学角度分析软化学反应发生的原因,列举了先驱物法、水热法、溶胶-凝胶法、低热固相反应等几种典型的软化学合成方法。
结果表明,软化学合成法是操作简单、环境友好的合成工艺。
关键词:软化学;先驱物法;水热法;溶胶-凝胶法;低热固相反应文章编号:1005-6629(2010)09-0053-03 中图分类号:TQ031.2 文献标识码:E软化学(soft chemistry)是20世纪70年代初由德国固体化学家舍费尔(H.Schafer)提出来的一种制备无机固体化合物及其材料的温和合成方法。
与在极端条件下如超高压、超高温、超真空、强辐射、冲击波、无重力等进行的硬化学(hard chemistry)相比,软化学无需苛刻条件,可在温和条件下实现化学反应过程,因而易于实现对其化学反应过程、路径和机理的控制,从而可以根据需要控制过程的条件,对产物的组分和结构进行设计,进而达到“剪裁”其理化性质的目的。
正是由于软化学具有对实验设备要求简单和化学上的易控性等特点,使得软化学在材料合成化学的研究领域中占有一席之地。
1软化学的基本概念软化学是指在中低温或溶液中通过一般化学反应制备材料的方法[1]。
各种材料的性质和功能是与其最初的合成或制备过程密切相关的,不同的合成方法和合成路线通过对材料的组成、结构、价态、凝聚态、缺陷等的控制决定了材料的性质和功能。
材料的结构所携带的这种合成基因可通过合成过程中的化学操作来调控。
传统高温固相化学反应合成所得的是热力学稳定的产物,而那些介稳中间物或动力学控制的化合物往往只能在较低温度下存在,它们在高温时分解或重组成热力学稳定产物。
为了得到介稳态固相产物,扩大材料的选择范围,有必要降低固相反应温度。
而温和条件下的合成化学——软化学合成,由于材料形成于相对较低的温度,这样,便有可能在同一材料体系中实现不同类型组分如无机物-有机物、陶瓷-金属、无机物-生物体的复合,也有可能获得一些用高温固相反应与物理方法难以获得的低熵、低焓或低对称性的材料,特别是一些具有特殊结构或形态复合、杂化和低维材料体系。
软化学合成方法
❖ 前言 ❖ 软化学方法基本原理 ❖ 软化学方法分类 ❖ 结语
前言
❖ 德国固体化学家舍费尔(Schafer) 1、“硬环境” ：得到的无机固体化合物及 材料必须是热力学平衡态的； 2、较低温度的“软环境” ：可得到介稳结 构的无机固体化合物及材料体系。 ———“软化学(soft chemistry)”
软化学
❖ 无需苛刻条件，可在温和条件下进行； ❖ 易于控制其化学反应过程、路径； ❖ 可根据需要控制过程的条件，对产物的组分和结构
进行设计，进而达到“剪裁”的目的。
——由于软化学具有对实验设备要求简单和化学上的 易控性等特点，使得软化学在材料合成化学的研究 领域中占有一席之地。
软化学合成法可得到：
先驱物法
❖ 软化学合成法中最简单的一类； ❖ 基本思路：通过分子设计合成先驱物（具有
预期组分、结构和化学性质）→在软环境下 处理先驱物→介稳态固相产物或动力学控制 的化合物。 ❖ 关键：先驱物的设计和制备。
溶胶-凝胶法
❖ 基本过程：在液相下将原料均匀混合→水解→ 缩合 (缩聚) → 稳定的透明溶胶液体系→陈化（胶粒间逐 渐聚合）→凝胶→低温干燥→干凝胶或气凝胶（具 有多孔空间结构）→烧结、固化→致密的氧化物材 料。
❖ 介稳中间物或动力学控制的化合物； ❖ 可能在同一材料体系中实现不同类型组分的
复合（无机物-有机物、陶瓷-金属、无机物生物体 ）； ❖ 低熵、低焓或低对称性的材料（特殊结构或 形态复合、杂化和低维材料体系 ）
软化学方法基本原理
软化学方法分类
❖ 先驱物法 ❖ 溶胶-凝胶法 ❖ 微乳液法 ❖ 水热/非水溶剂热合成法 ❖ 低热固相反应 ❖ 自组装技术 ❖ ……
❖ 最突出的创、无缺陷的粉体。
软化学方法导论
软化学方法导论1软化学方法是什么？软化学方法是一种通过化学反应和相变控制来改变材料性质的方法。
它涉及到化学合成、结构控制和材料表征等多个领域，其目的是在液态、气态或固态条件下，通过改变材料的组成、结构和形态等性质，掌握一定的制备工艺和条件，进而实现改良和优化材料性能的目标。
2软化学方法的特点相较于传统的制备方法，软化学方法具有多重优点。
其中最突出的特点包括：（1）较低的制备温度和时间：软化学方法不仅可以在室温下进行，且反应时间很短，通常不超过几小时。
（2）对原材料的选择比较灵活：不仅可以选择传统有机和无机化学原料，还可以选择纳米颗粒、表面活性剂和生物材料等。
（3）精确控制结构与性能：软化学方法通过化学反应和相变控制，能够精细地调控材料的结构和性能。
（4）适用范围广泛：软化学方法可以应用于多个领域，包括化学、物理、生物医学等。
3软化学方法在生物材料领域的应用生物医学领域中往往需要材料具有良好生物相容性、机械性能、导电性能等多种特征。
软化学方法通过化学反应、水化反应和相变过程等控制手段，能够制备出满足这些特点的生物医用材料。
例如，可以利用软化学方法合成可降解生物聚合物材料，如聚乳酸（PLA）、聚己内酯（PCL）和聚羟基烷酯（PHA）等，应用于缝合线、医用填充材料，以及生物可降解材料支架等医疗器械。
4软化学方法在光电领域的应用软化学方法在光电领域中有广泛的应用。
例如，可以使用软化学方法制备核壳结构的量子点材料，这种材料能够展现出较宽的吸收光谱，并在太阳能电池、发光二极管和生物标记等电子器件中得到广泛应用。
5软化学方法在纳米材料中的应用纳米材料作为当今重要的研究领域，软化学方法也在其制备和修饰中发挥了重要作用。
例如，从化学角度控制纳米材料形态和尺寸，并利用软化学方法实现材料的表面改性，纳米材料的性能将显著提高。
此外，软化学方法也可以用于制备磁性、荧光和纳米孔等微纳米结构材料。
6软化学方法的发展趋势随着科学技术的不断演进和发展，软化学方法在材料制备、功能修饰和表征等方面的应用将变得更加广泛和深入。
软化学合成法在工业中的应用
软化学合成法在工业中的应用软化学合成法，又被称为“加水重组法”，是一种用于合成各种有机化合物的有效方法。
它的基本原理是将一系列的反应物通过加入水、加热或使用特定催化剂，形成具有新结构的反应产物，从而达到特定的合成目的。
软化学合成法的应用被广泛用于工业生产，它的主要优点是能够使反应更快捷、可控以及成本低廉，且适用于各种条件和原料，它还可以在不破坏原有结构的前提下，实现反应物某些属性发生变化。
首先，软化学合成法可以被广泛用于生产有机颜料。
有机颜料是指以碳氢键形成的有机化合物的混合物，它具有柔和的色彩和良好的稳定性，能用于陶瓷、油漆、涂料、染料以及纸张的染色。
然而，一般有机合成反应都是易变性物质，其不稳定性不利于生产稳定性好的有机颜料，这时就可以使用软化学合成法来解决这个问题。
软化学合成反应往往较为简单，在适当温度和催化剂的作用下，能够形成低活性的颜料化合物，其稳定性非常好，可以非常有效地用于生产有机颜料。
其次，软化学合成法也可以用于生产无机盐和各类生物有机物。
无机盐是指由金属元素和非金属元素组成的盐，它是一种大量用于工业生产的原料，它可以被用于制备绝大多数工业产品，如农用化肥、焊丝、制革染料、化工原料及制药工业原料。
而大多数无机盐反应都较为复杂，且温度和压力的控制要求极高，这时再使用软化学合成法来解决问题，就可以较为方便地实现无机盐的合成，进一步提高工业领域的生产效率。
此外，软化学合成法还可以用于生产各类生物有机物，比如植物激素，植物激素可以被用于农业生产，用以增加植物的产量、促进植物生长，提高植物的营养含量，从而更好地满足农业生产的需求。
而植物激素是一种复杂的生物有机物，一般常规合成方法可能会破坏其分子结构，从而影响生物活性，这时再使用软化学合成法，就可以在不破坏原有结构的前提下，实现反应物某些属性的变化，并能够较为高效地生产出高品质的植物激素。
最后，软化学合成法还可以被用于生产农药。
农药是一类特殊的化学物质，它可以影响植物的生长，延缓致病微生物的繁殖，从而保护作物来免受害虫、草原草和病毒的侵害，达到保护作物的目的。
钴酸锂正极材料软化学合成法的关键技术介绍
95管理及其他M anagement and other钴酸锂正极材料软化学合成法的关键技术介绍甄薇薇（有色金属技术经济研究院有限责任公司，北京 100080）摘 要：目前产业化生产钴酸锂正极材料的方法主要为固相合成法，但该方法存在烧结温度高、烧结时间长、能耗大等缺陷，而软化学合成法制备钴酸锂正极材料具有原料成分混合均匀、反应温度低、反应时间短、制得的产品粒度均一性好、利于合成微纳米材料等优势，但软化学合成法存在需处理有机物、难以大面积生产、需处理废水等问题，导致目前国内无法采用软化学合成法大规模生产钴酸锂正极材料，如果能够克服软化学合成法存在的缺陷，则采用软化学合成法制备钴酸锂正极材料可以提高生产效率、大幅度降低生产成本且该方法制备的产品均匀性好。
本文从软化学合成法的关键技术出发，总结了软化学合成法制备钴酸锂正极材料的所需原料、工艺参数、改性技术。
关键词：钴酸锂；溶胶凝胶法；化学共沉淀法；络合剂法；改性中图分类号:TM912.9 文献标识码： A 文章编号：11-5004（2021）21-0095-2收稿日期：2021-11作者简介：甄薇薇，女，生于1991年，蒙古族，内蒙古通辽人，硕士研究生，工程师，研究方向：材料工程。
锂离子电池由于具有工作电压高、压实密度大、循环寿命长、工作温度范围宽、无污染等优点，目前不仅广泛应用于汽车用动力电池、3C 电子产品等领域，而且有望为未来储能做出贡献。
锂离子电池正极材料主要包括一元金属锂氧化物、二元金属锂氧化物、三元金属锂氧化物、磷酸亚铁锂等，一元金属锂氧化物中的钴酸锂作为正极材料制作成锂电子电池具有体积小、电量大、待机时间长等优势，得到了广泛应用。
钴酸锂正极材料的合成方法主要包括固相合成法和软化学合成法，目前产业化的生产方式主要是固相合成法，但固相合成法存在烧结温度高、烧结时间长、能耗大等缺陷，因此，软化学合成法制备钴酸锂正极材料得到了广泛研究。
1 钴酸锂正极材料软化学合成法的关键技术软化学合成法根据钴酸锂正极材料前驱体制备方法的不同，又主要分为溶胶-凝胶法、化学共沉淀法、络合剂法。
软物质材料的合成及其应用
软物质材料的合成及其应用软物质材料是指在室温下呈现流动或半流动状态的物质，具有独特的物理、化学和力学特性。
它们的结构和性质可以通过改变所处的环境条件而得到调控，因此在各种领域中都具有广泛的应用前景。
本文将介绍软物质的合成方法以及在医药、生物、信息、能源等领域中的应用。
1. 软物质的合成方法（1）水凝胶合成水凝胶是一种由水分子和高分子交替排列形成的网络结构，与生物体内许多结构相似，因此具有很好的生物相容性。
水凝胶的合成一般采用溶液共聚、交联和晶体聚合等方法。
（2）液晶合成液晶是一种带有定向性的、序列排列的分子组成的材料，可以在电场、温度、压力等条件的刺激下呈现不同的物理特性。
液晶的合成一般采用高分子溶液共混、液晶聚合、自组装等方法。
（3）纳米粒子合成纳米粒子是指尺寸在1至100纳米之间的颗粒，具有大比表面积、高表面能、量子尺度效应等特性。
纳米粒子的合成方法包括溶胶—凝胶法、微乳法、溶液还原法等。
2. 软物质的应用（1）医药领域软物质材料的生物相容性好、可调控性强，因此在医药领域有很广泛的应用。
它们可以作为药物载体、组织工程支架、组织缺损修复等方面使用。
例如，水凝胶可以用来制备敷料、注射液、人工皮肤等产品，液晶可以用来制备药物输送系统、组织工程支架等。
（2）生物领域软物质材料在生物领域中也有很多应用。
例如，生物胶可以用来制备生物传感器、生物分离、生物催化剂等，液晶则可用来制备能够响应生物体内刺激的生物传感器、荧光探针、荧光显微镜等。
（3）信息领域软物质材料在信息领域的应用主要体现在可调控界面和材料光学方面。
例如，液晶具有可调控的光学各向异性和电光响应性，因此可以制备可编程显示屏、电光模拟器等产品。
（4）能源领域软物质材料在能源领域中也有很多应用。
例如，纳米粒子可以被用作太阳能电池的材料、可再生能源的催化剂、储能材料等。
结语本文介绍了软物质材料的合成方法及其在医药、生物、信息、能源等领域中的应用。
随着材料科学的不断进步和发展，软物质材料将在更广泛的领域中展现出更多的应用前景。
软化学及软化学合成法
软 化学 是指 在 中低 温或溶 液 中通过 一般 化 学反 应 制 备材 料 的方 ’ 【 法” 。各 种 材 料 的 性 质 和 功 能是 与 其 最初 的合 成或 制备 过程 密切 相 关 的 ，不 同 的合 成 方 法 和合 成路 线 通 过对 材 料 的组 成 、结 构 、价 态 、 凝 聚态 、缺 陷等 的 控制 决 定 了材 料 的 性 质 和 功能 。 材 料 的结 构所 携带 的 这种 合成 基 因可 通 过合 成过 程 中的化 学操 作来 调控 。传 统 高温 固相 化 学 反应合 成
所 得 的是热 力学稳 定 的产 物 ．而 那些 介 稳 中 间物或
函数 改变 为 ：
Ｎ
ｄ ＝ ｓ 】 （ ＢＢ ￣ Ｇ 一 ｄ ＋ （ ＋ ２ Ｖｗ） ｐ ｌ ｄ
Ｂ＝１
（ １ ）
Ｎ
若 反 应 是 在 等 温 等 压 下 进 行 的 ，则 ｄ ＝ （ Ｇ
Ｂ ： １
２１ ００年 ， ９期 第
知 识 介 绍
５ ３
软 化 学及 软化 学 合成 法
石 海信 ，谭 铭 基 。黄 冬梅
（ 卅 学 院 化 学化 工 学 院 ，广 西 钦 州 ５ ５ ０ ） 钦 １ ３０ ０
摘 要 ：简 介 了 软 化 学 的基 本 概 念 ，并 从 化 学 热 力 学 角 度 分 析 软 化 学 反 应 发 生 的原 因 ，列 举 了先 驱 物 法 、水 热 法 、溶 胶 一 凝胶 法 、低 热 固相 反 应 等 几 种 典 型 的 软 化 学 合 成 方 法 。结 果 表 明 ，软 化 学 合 成 法 是 操 作 简 单 、 环 境
验设 备要 求 简单 和化 学上 的易 控 性 等特 点 ，使得 软 化 学在 材料 合成 化学 的研 究 领域 中 占有 一席 之 地 。
浅析硬化学和软化学的区别与联系
浅析硬化学和软化学的区别与联系摘要:随着科学技术的日益发展和科技条件的提高,人们提出了两种制备无机材料的方法,即硬化学方法和软化学方法。
本文分析了现代无机合成的两大热点领域---硬化学和软化学的形成和发展,分别介绍了硬化学和软化学的合成思路,并对两种无机合成方法的区别与联系进行了阐述。
关键词:无机合成硬化学软化学合成化学的发展是推动化学学科及其相关学科发展的主要动力,其中无机合成的发展方向是进行特定结构和性质的无机材料定向设计和合成。
随着科学技术的日益发展和科技条件的提高,人们提出了两种制备无机材料的方法,即硬化学方法和软化学方法[1-2]。
硬化学方法一般指那些要在超高温或超低温、超真空、强射线辐射、失重等极端条件下进行的化学合成。
在这些极端条件下,可以形成许多种在一般条件下无法得到的新化合物及新物相与物态。
例如,在模拟宇宙空间的无重力、高真空的情况下,可能合成出没有位错的高纯度晶体;在超高压下,许多物质的内外层电子轨道的距离均会发生变化,从而使元素的稳定价态发生质的飞跃。
随着现代科学技术的发展,凭借已有的和将有的能力集中力量进行极端条件下的无机化学合成研究,将会在新材料、新知识、新设备和新工艺等方面获得重大进展。
硬化学方法主要包括:失重合成、超高温高压合成、等离子体合成、自蔓延高温合成、固体火焰燃烧反应以及一些爆炸反应等。
在硬化学法提供的诸多材料制备技术中,等离子体合成法是目前研究最多的一种。
等离子体可分为冷等离子体和热等离子体。
冷等离子体中气体温度低而电子温度高,主要用于那些反应吸热大、产物高温不稳定的化合物,如NH3-H3N、H2N-NH2的合成。
在热等离子体中,由于达到了局部热力学平衡状态,而且温度很高,复杂分子一般无法存在,大都离解成原子和离子,因此特别适用于粉末冶金、金属精炼和特种高温材料的合成,也适用于大的吸热反应。
例如等离子体合NO2,比传统方法利用天然气先合成NH3,再合成NO2的方法简单的多[3];美国Las Alamos国家实验室成功的合成了Si3N4、SiC、B4C等超纯超细无机粉末,主要依赖于一种等离子体系统,其可以合成超纯、超细材料的射频。
经典：软化学合成方法1(低温固相和水热法)
潜伏期
• 多组分固相化学反应开始于两相的接触部分。 • 反应产物层一旦生成，为了反应继续进行，反应物通过
扩散方式与生成物进行物质输运。而这种扩散对于多数 固体是较慢的。同时，反应物只有集中到一定大小时才 能不成能核发， 生而 ，成 只核 有需高要于一Tn反定应温才度能，进低行于。一定温度Tn反应则 • 这种固体反应物间的扩散及产物成核过程便构成了固相 反应持有的潜伏期。 • 这种过程受温度的影响显著，温度越高，扩散越快，产 物成核越快，反应的潜伏期就越短；反之．则潜伏期就 越长。当低于成核温度Tn时，固相反应就不能发生。
• 由于水热与溶剂热化学的可操作性和可调变性， 因此将成为衔接合成化学和合成材料的物理性 质之间的桥梁。
27
水热与溶剂热合成化学有如下特点：
• 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，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。
• 己经研究的多组分固相反应体系有15大类： • ①中和反应；②氧化还原反应；③配位反应；④分
解反应；⑤离子交换反应；⑥成簇反应；⑦嵌入反 应；⑧催化反应；⑨取代反应；⑩加成反应；⑾异 构化反应；⑿有机重排反应；⒀偶联反应；⒁缩合 与聚合反应；⒂主客体包合反应。
• 低热固相化学与溶液化学有许多不向，遵循其独有 的规律。
• 合成反应在高温和高压下进行，所以产生对水热与 溶剂热合成化学反应体系的特殊技术要求，如耐高 温高压与化学腐蚀的反应釜等。
• 水热与溶剂热合成是指在一定温度（100一1000℃) 和压强(1一100MPa)条件下利用溶液中物质化学反应 所进行的合成。
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实例之一
“稻草变黄金”
钱逸泰院士 CCl4(l) + Na(s)
700℃，Ni-Co-Mn合金催化剂
金刚石相
Yadong Li, Yitai Qian,Hongwei Liao,et al. Science,1998,281:246
实例之二
水热法合成YF3:Eu3+纺锤形纳米颗粒
SEM images of the products prepared at (a) 50 °C for 12 h, (b) 80 °C for 12 h, (c) 120°C for 12 h, (d) 180 °C for 24 h.
⑶ 合成设计与操作程序
① 合成设计
★ Y. H. Ni课题组以PbAc2、Na2S2O3为起始反应物设 计了一个简单水热体系，当Pb2+与S2O32-的物质的量为1:4时， 在100°C下反应5h，成功地制备了具有魔方结构的PbS微晶 (A)。其他条件恒定时，改变反应物的配比，分别为1:1、 1:2、 1:3和1:4时，产物的形貌为三棱柱(A)、立方体(B)、魔 方结构开始形成(C)、形成完美的魔方结构状晶体( D)。
★ 溶剂不仅影响反应速率还可改变产物的形貌、结构和 物理化学性能。
不同溶剂合成的NiCo合金的SEM 图(a) no surfactant, (b) 十二烷基硫酸钠 (Sodium Dodecyl Sulfate,SDS ). (c) H2O and (d)乙二醇(Ethylene Glycol,EG )。
Xian-Wen Wei,Xian-Min Zhou, Kong-Lin Wu，CrystEngComm, 2011, 13, 1328–1332
★ pH效应：改变或调整溶剂的pH得到不同形貌和尺寸 大小的产物。稀土氢氧化物纳米线或棒在改变碱度下得到了 不同形貌的稀土氢氧化物纳米晶的线或棒。
不同碱度下所得稀土氢氧化物纳米晶的TEM照片
不同pH下所得ZnO纳米晶的FESEM照片
溶剂热合成ZnO纳米晶的 FESEM：T = 200℃, t = 2 h at: （a） pH = 8; （b） pH = 10; （c） pH = 12; （d） pH和颗粒大小的关系。
D. Lukovic´ Golic´ • Z. Brankovic，J Sol-Gel Sci Technol， (2012) 63:116–125。
a- Sc(OH)3纳米片(pH = 6~7); b-Sc(OH)3纳米线(pH = 9~10); c- Sc(OH)3纳米 棒(KOH, 5mol·L-1); d-Gd(OH)3纳米线(pH =7); e-Gd(OH)3纳米棒(KOH, 5mol·L-1)
Yonghong Ni, Xianwen Wei, Jianming Hong, et al. Materials Research Bulletin, 2007, 42(1):17
⑵ 在水热-溶剂热条件下中间态、介稳态及特殊物相易 于生成，可用于特种介稳结构、特种凝聚态的新合成产物；
⑶ 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、高温分解相在此条件下晶化生成；
⑷ 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；
⑸ 易于调节反应的环境气氛，有利于低价态、中间价态 与特殊价态化合物的生成，并能均匀地进行掺杂。
Maofeng Zhang, Hai Fan, Yitai Qian*, etal，Journal of Physical Chemistry C, 2007, 111(18), 6652-6657.
3.1.2 水热-溶剂热合成的特点
⑴ 水热-溶剂热条件下，由于反应物处于临界状态，反 应活性会有大大提高，有可能代替固相反应以及难于进行的 合成反应；
第 3 章 水热-溶剂热合成/
低热固相合成/CVD合成/电 解合成与应用/溶胶-凝胶法
3.1 水热-溶剂热合成 3.2 低热固相合成 3.3 CVD合成 3.4 电解合成 3.5 溶胶-凝胶合成
昔
今
日
日
的
的
饥
丰
饿
收
3.1 水热-溶剂热合成
3.1.1 概念与实例
概念
水热-溶剂热合成(Hydrothermal-solvothermal s y n t h e s i s ) 是 指 在 密 闭 体 系 中 ， 在 一 定 温 度 （ 100 ～ 1000℃）和压强（1～100MPa）的条件下，利用溶液 中的物质化学反应所进行的合成，通常是在不锈钢反应 釜内进行。水热合成反应是在水溶液中进行，溶剂热合 成是在非水有机溶剂热条件下的合成。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、性质与应用。
⑴ 反应釜
水热法合成石英的装置 普通衬聚四氟乙烯反应釜
带搅拌高压反应釜装置图
⑵ 反应介质对反应的影响
① 密度-温度
水热环境中的高温高压下 水的蒸气压变高、离子积变高， 密度、黏度和表面张力都变低。 使水热反应具有重要离子间的 反应加速、水解反应加剧、有 氧化还原反应的电势发生明显 变化三个特征。
水的密度-温度图
海胆状NiCoO3微纳米球
100℃
120℃
140℃
160℃
p/0.1MPa
② 填充度 在工作条件下，压强大小依赖于反应容器中的原始溶剂 的填充度。显然，填充度通常在50%~80%为宜，则压强为 0.02~0.3GPa。
不同填充度下水的压强-温度图
③ 合成溶剂性质的改变
★ 水热反应中，溶剂会使反应物溶解或部分溶解，生成 溶剂合物，这会影响化学反应速率。在合成体系中，反应物 在液相中的浓度、解离程度，及聚合态分布等都会影响反应 过程。特别是有机溶剂的加入或部分加入，都会得到一些理 想结果热合成技术是不断发展的。近年来，水热-溶 剂热合成技术已扩展到了无机合成的各个领域，特别是高温 高压水热合成的应用：① 制备无机物单晶，因为有的单晶是 无法用其他方法得到的，如CrO2的水热合成；②复杂无机物 的合成，如非线性光学材料NaZr2P3O12和AlPO4等，声光晶 体 铝 酸 锌 锂 ， 激 光 晶 体 和 多 功 能 的 LiNbO3 和 LiTaO3 等 ， 及 ZrO2，SnO2、GeO2、CrO2等；③ 制备各种铁电、磁电、 光电固体材料；④制备一些重要的装饰材料，如彩色水晶。