水热与溶剂热合成简介
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第四章 水热与溶剂热合成
4. 水热与溶剂热合成
水热合成研究最初从模拟地矿生成开始到沸石分子筛和其它晶体材 料的合成已经历了100多年的历史。无机晶体材料的溶剂热合成 研究最近30年发展起来的，主要指在非水有机溶剂热条件下的合 成，用于区别水热合成。水热与溶剂热合成研究工作近百年经久 不哀并逐步演化出新的研究课题，如水热条件下的生命起源问题 以及与环境友好的超临界氧化过程。在基础理论研究方面，从整 个领域来看其研究重点仍然是新化合物的合成，新合成方法的开 拓和新合成理论的建立。人们开始注意到水热与溶剂热非平衡条 件下的机理问题以及对于高温高压条件下合成反应机理的研究。 由于水热与溶剂热合成化学对技术材料领域的广泛应用，特别是 高温高压水热与溶剂热合成化学的重要性，世界各国都越来越重 视这一领域的研究。
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第四章 水热与溶剂热合成
4.1.3 反应的基本类型
(2)热处理反应 利用水热与溶剂热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学和动力学稳定性差 异进行的反应。例如：长石→高岭石；橄榄石→蛇纹石。
第四章 水热与溶剂热合成
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第四章 水热与溶剂热合成
4.1 水热与溶剂热合成基础
4.1.1 合成化学与技术 水热与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
4.1.3 反应的基本类型
(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
(8)提取反应 在水热与溶剂热条件下从化合物(或矿物)中提取金属的 反应。例如：钾矿石中钾的水热提取，重灰石中钨的水热提取。
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第四章 水热与溶剂热合成
4.1.3 反应的基本类型
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第四章 水热与溶剂热合成
4.1.2 合成的特点
④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。
⑤由于易于调节水热与溶剂热条件下的体系环境，因而有利于低价 态、中间价态与特殊价态化台物的合成，并能均匀地进行掺杂。
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第四章 水热与溶剂热合成
4.1 水热与溶剂热合成基础
4.1.2 合成的特点 水热与溶剂热合成化学有如下特点： ①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。 ②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。 ③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。
(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； 石棉的OH-交换为F-。
(5)单晶培育 在高温高压水热与溶剂热条件下。从籽晶培养大单晶。 例如SiO2单晶的生长。
(6)脱水反应 在一定温度一定压力下物质脱水结晶的反应。例如
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(11)晶化反应 在水热与溶剂热条件下，使溶胶、凝胶(sol、gel)等非 晶态物质晶化的反应。例如：
(12)水解反应 在水热与溶剂热条件下，进行加水分解的反应。例如： 醇盐水解等。
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4.1.3 反应的基本类型
(13)烧结反应 在水热与溶剂热条件下，实现烧结的反应。例如：制 备含有OH-、F-等挥发性物质的陶瓷材料。
水热与溶剂热合成已成为无机合成化学的一个重要分支。
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4. 水热与溶剂热合成
4.1 水热与溶剂热合成基础 4.2 反应介质的性质 4.3 水热与溶剂热体系的成核与晶体生长 4.4 水热与溶剂热合成技术 4.5 功能材料的水热与溶剂热合成 4.6 超临界水—新型的反应体系
(9)氧化反应 金属和高温高压的纯水、水溶液、有机溶剂得到新氧化 物、配合物、金属有机化合物的反应。超临界有机物种的全氧化 反应。例如：
(10)沉淀反应 水热与溶剂热条件下生成沉淀得到新化合物的反应。 例如:
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4.1.3 反应的基本类型
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条件下物质的反应性、合成规律及产 物的结构与性质。反应需耐高温高压与化学腐蚀的设备。体系处 于非平衡状态，需用非平衡热力学理论研究合成化学问题。
水热与溶剂热合成与固相合成研究的差别在于“反应性”不同。这 种“反应性”不同主要反映在反应机理上，固相反应的机理主要 以界面扩散为其特点，而水热与溶剂热反应主要以液相反应为其 特点。通过水热与溶剂热反应可以制得固相反应无法制得的物相 或物种，或者使反应在相对温和的溶剂热条件下进行。
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4.1 水热与溶剂热合成基础
4.1.3 反应的基本类型 与高温高压水溶液或其它有机溶剂有关的反应称为水热反应或溶剂
热反应。水热与溶剂热反应的基本类型总结如下： (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。
(14)反应烧结 在水热与溶剂热条件下同时进行化学反应和烧结反应。 例如：氧化铬、单斜氧化锆、氧化铝—氧化锆复合体的制备。
(15)水热热压反应 在水热热压条件下，材料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。
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4. 水热与溶剂热合成
水热合成研究最初从模拟地矿生成开始到沸石分子筛和其它晶体材 料的合成已经历了100多年的历史。无机晶体材料的溶剂热合成 研究最近30年发展起来的，主要指在非水有机溶剂热条件下的合 成，用于区别水热合成。水热与溶剂热合成研究工作近百年经久 不哀并逐步演化出新的研究课题，如水热条件下的生命起源问题 以及与环境友好的超临界氧化过程。在基础理论研究方面，从整 个领域来看其研究重点仍然是新化合物的合成，新合成方法的开 拓和新合成理论的建立。人们开始注意到水热与溶剂热非平衡条 件下的机理问题以及对于高温高压条件下合成反应机理的研究。 由于水热与溶剂热合成化学对技术材料领域的广泛应用，特别是 高温高压水热与溶剂热合成化学的重要性，世界各国都越来越重 视这一领域的研究。
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4.1.3 反应的基本类型
(2)热处理反应 利用水热与溶剂热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学和动力学稳定性差 异进行的反应。例如：长石→高岭石；橄榄石→蛇纹石。
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4.1 水热与溶剂热合成基础
4.1.1 合成化学与技术 水热与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
4.1.3 反应的基本类型
(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
(8)提取反应 在水热与溶剂热条件下从化合物(或矿物)中提取金属的 反应。例如：钾矿石中钾的水热提取，重灰石中钨的水热提取。
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4.1.2 合成的特点
④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。
⑤由于易于调节水热与溶剂热条件下的体系环境，因而有利于低价 态、中间价态与特殊价态化台物的合成，并能均匀地进行掺杂。
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4.1.2 合成的特点 水热与溶剂热合成化学有如下特点： ①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。 ②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。 ③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。
(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； 石棉的OH-交换为F-。
(5)单晶培育 在高温高压水热与溶剂热条件下。从籽晶培养大单晶。 例如SiO2单晶的生长。
(6)脱水反应 在一定温度一定压力下物质脱水结晶的反应。例如
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(11)晶化反应 在水热与溶剂热条件下，使溶胶、凝胶(sol、gel)等非 晶态物质晶化的反应。例如：
(12)水解反应 在水热与溶剂热条件下，进行加水分解的反应。例如： 醇盐水解等。
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4.1.3 反应的基本类型
(13)烧结反应 在水热与溶剂热条件下，实现烧结的反应。例如：制 备含有OH-、F-等挥发性物质的陶瓷材料。
水热与溶剂热合成已成为无机合成化学的一个重要分支。
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4.1 水热与溶剂热合成基础 4.2 反应介质的性质 4.3 水热与溶剂热体系的成核与晶体生长 4.4 水热与溶剂热合成技术 4.5 功能材料的水热与溶剂热合成 4.6 超临界水—新型的反应体系
(9)氧化反应 金属和高温高压的纯水、水溶液、有机溶剂得到新氧化 物、配合物、金属有机化合物的反应。超临界有机物种的全氧化 反应。例如：
(10)沉淀反应 水热与溶剂热条件下生成沉淀得到新化合物的反应。 例如:
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4.1.3 反应的基本类型
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条件下物质的反应性、合成规律及产 物的结构与性质。反应需耐高温高压与化学腐蚀的设备。体系处 于非平衡状态，需用非平衡热力学理论研究合成化学问题。
水热与溶剂热合成与固相合成研究的差别在于“反应性”不同。这 种“反应性”不同主要反映在反应机理上，固相反应的机理主要 以界面扩散为其特点，而水热与溶剂热反应主要以液相反应为其 特点。通过水热与溶剂热反应可以制得固相反应无法制得的物相 或物种，或者使反应在相对温和的溶剂热条件下进行。
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第四章 水热与溶剂热合成
4.1 水热与溶剂热合成基础
4.1.3 反应的基本类型 与高温高压水溶液或其它有机溶剂有关的反应称为水热反应或溶剂
热反应。水热与溶剂热反应的基本类型总结如下： (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。
(14)反应烧结 在水热与溶剂热条件下同时进行化学反应和烧结反应。 例如：氧化铬、单斜氧化锆、氧化铝—氧化锆复合体的制备。
(15)水热热压反应 在水热热压条件下，材料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。
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