水热合成法演示课件
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课件：第五章 水热合成
构。其它9种经粉末X射线衍射分析以及吸附性能的研
究，确定为新的分子筛晶相。
• 研究组又在中温中压下开发出了一系列钛酸盐，硼 酸盐和砷酸盐微孔晶体。进一步丰富了中温中压水热 下的无机造孔合成领域。
2. 介孔材料
介孔材料是指孔径位于2～50nm，且具有一 定长程有序性的多孔材料。介孔材料因表面积大、 孔径分布均一及结构有序的特性而被广泛应用于 催化载体、吸附材料及分离介质等领域。1992年 Mobil公司的研究人员首次使用烷基季铵盐型阳 离子表面活性剂作为模板剂成功合成出M41S介 孔材料（MCM-41、MCM-48、MCM-50等），从 而将多孔材料从微孔扩展到介孔。
[BeAl2(SiO2)6]以及彩色的水晶等（掺过渡金属等）。
水热反应通常是以水为溶剂。目前也有用NH3，醇， 为溶剂进行新型无机物的合成。
二．作为反应介质的水的有关性质
1. 在高温高压水热体系中，水的性质将产生下列变化：
（1）蒸气压
变高
（2）密 度
变低
（3）表面张力 变低
（4）粘 度
变低
（5）离子积
5．介电常数
以水为溶剂时，介电常数是一个十分重要的性质。它 随温度升高而下降，随压力增加而升高。
有时温度又是主要的，在通常情况下电解质在水中全 部溶解，然而随着温度的提高，电解质可能趋向于重新 结合。对于大多数物质来说，这种变化在200～500℃之 间发生。
NaBr解离常数k与 T的关系曲线。可以看出：恒温下，k随压强 的增加而上升;恒压下，k随温度升高而下降。
矿石， 铬以可溶性盐铬酸钠形式提取。
4. 水热分解法 例如：自ZrSiO4中，在 NaOH水溶液使其分解而制
取ZrO2。 ZrSiO4→ZrO2↓+Na2SiO3 （条件为NaOH（aq）
水热法合成银纳米线PPT课件
图18可以观察到随着反应时间的延长 ，溴化 银的衍 射峰逐 渐减弱 ，银的 衍射峰 逐渐增 强。反 应持续24h后， 溴化银 衍射峰 消失； 说明反 应结束 ，溴化 银全部 被还原 为银。 因为(111)晶 面和(200)晶面 衍射峰 的比值 较大， 可以得 出该银 纳米线 具有较 大的长 径比。
第18页/共20页
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从图9(a)-(d)中的SEM图片中可以看出 在140 ℃温度 下，随 着反应 时间的 增长， 产物由 尺寸不 均匀的 银纳米 棒和形 貌不规 则的银 纳米颗 粒的混 合物生 长为纯 度教好 、均匀 性好的 银纳米 线。从 图9(d) 中的TE M可以 观察到 银纳米 线的直 径为80nm，长 度分部 在40~10 0um
图9 140 ℃不同反应时间下所得产物的SEM 和TEM 照片 第8页/共20页
图10 140℃反应24h银纳米线的XRD 谱图
该XRD谱图与银的衍射峰完全一致， 表明制 备的银 纳米线 具有面 心立方 结构， 且结晶 度很高 。
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图11 反应时间为24 h, 不同反应温度下所得产物的SEM 照片 从图中SEM图中可以看出反应温度较 低是无 法得到 银纳米 线，产 物为形 貌不规 则的纳 米颗粒 ，这是 因为反 应温度 较低， 体系活 性低， 开始生 成的纳 米颗粒 无法在 溶解组 装成纳 米线； 反应温 度过高 时所得 产物为 尺寸较 大的不 规则纳 米颗粒 ，因为 反应温 度高， 体系活 性大分 子运动 也比较 剧烈, 使得PVB 难以稳定吸附在晶体(100)晶面上。
1.功能性纳米粒子的制备与分析(一维结构纳米银的合成研究)
图2 纳米银合成的操作流程图
图1 高分子-多元醇合成法制备纳米银装置实验图 第1页/共20页
水热合成法 ppt课件
• 制备具体过程：以抛光的钛金属片衬底或沉积钛的玻璃衬底作为阳极,Pt 金属 片作为阴极,以Ba(OH)2 水溶液为前驱物,通过两电极,经100～200 ℃的水热处 理,得到了表面无宏观缺陷,呈金属光泽的BaTiO3 薄膜。
• 在衬底上形成稳定结晶相薄膜
5.3 其他应用
煤的液体化、气体化：在水热条件下,煤可以液化、气体化，产生油性状,所以 如果煤在水热条件下处理实现工业化,煤的运输,煤的有效利用,因烧煤而造成的 环境污染,将会得到较大的改变。
• 反应过程的驱动力是最后可溶的前驱体或中间产物与最终产物之间的溶解度差， 即反应向吉布斯焓减小的方向进行。
二、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：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。
➢ “溶解-结晶”机制：“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。
• 水热合成是指：温度为100～1000℃、压力为1MPa～1GPa条件下利用水溶液 中物质化学反应所进行的合成。在亚临界和超临界水热条件下,由于反应处于 分子水平,反应性提高,因而水热反应可以替代某些高温固相反应。
• 利用高温高压的水溶液使那些在大气条件下不溶或难溶的物质溶解，并且重结 晶而进行无机合成与材料处理的一种有效方法； 苗鸿雁； 罗宏杰； 姚熹； ） • TiO2和BaTiO3纳米晶的水热合成及其光电性能的研究（ 中南大学， 王丽丽） • 水热合成法及其应用（惠春）
水热合成法
水热合成法 Hydrothermalsynthesis
无机
1
• 在衬底上形成稳定结晶相薄膜
5.3 其他应用
煤的液体化、气体化：在水热条件下,煤可以液化、气体化，产生油性状,所以 如果煤在水热条件下处理实现工业化,煤的运输,煤的有效利用,因烧煤而造成的 环境污染,将会得到较大的改变。
• 反应过程的驱动力是最后可溶的前驱体或中间产物与最终产物之间的溶解度差， 即反应向吉布斯焓减小的方向进行。
二、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：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。
➢ “溶解-结晶”机制：“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。
• 水热合成是指：温度为100～1000℃、压力为1MPa～1GPa条件下利用水溶液 中物质化学反应所进行的合成。在亚临界和超临界水热条件下,由于反应处于 分子水平,反应性提高,因而水热反应可以替代某些高温固相反应。
• 利用高温高压的水溶液使那些在大气条件下不溶或难溶的物质溶解，并且重结 晶而进行无机合成与材料处理的一种有效方法； 苗鸿雁； 罗宏杰； 姚熹； ） • TiO2和BaTiO3纳米晶的水热合成及其光电性能的研究（ 中南大学， 王丽丽） • 水热合成法及其应用（惠春）
水热合成法
水热合成法 Hydrothermalsynthesis
无机
1
水热与溶剂热合成方法的概念水热法ppt课件
15
“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；
16
“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。
13
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
14
“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
31
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
“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
31
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
第三章水热法.ppt
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与水热法相比，溶剂热法具有以下优点：
✓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；
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➢另外，物相的形成，粒径的大小、形态也能够 有效控制，而且产物的分散性好。
➢更重要的是通过溶剂热合成出的纳米粉末，能 够有效的避免表面羟基的存在，使得产物能稳定 存在。
➢作为反应物的盐的结晶水和反应生成的水，相 对于大大过量的有机溶剂，水的量小得可以忽略。
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• 复 合 氧 化 物 ： BaFe12O19 、 BaZrO3 、 CaSiO3 、 PbTiO3、LaFeO3、LaCrO3、NaZrP3O12等；
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• 羟基化合物、羟基金属粉：Ca10(PO4)6(OH)2、羟 基铁、羟基镍；
• 复合材料粉体：ZrO2-C、ZrO2-CaSiO3、TiO2-C、 TiO2-Al2O3等。
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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。
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➢相应的，它不但使反应物（通常是固体）的溶 解、分散过程及化学反应活性大大增强，使得 反应能够在较低的温度下发生，而且由于体系 化学环境的特殊性，可能形成以前在常规条件 下无法得到的亚稳相。
《水热法制备正极材》课件
电化学性能
水热法能够制备具有优异电化学 性能的正极材料，满足电池对功 率和容量的要求。
应用广泛
锂离子电池在储能、移动电源和 电动交通工具等领域有广泛应用。
水热法与其他方法的比较
1 溶胶-凝胶法
2 高温固相法
3 溶液法
水热法相比溶胶-凝胶法具 有简单、高效的优势。
水热法相比高温固相法更 适合制备形貌复杂的材料。
3 反应控制
通过调节反应条件，可以控制产物的形貌、组成和结构。
水热法合成装置的设计
压力容器
用于保持高压高温环境，通常采 用不锈钢材质。
温度控制系统
用于精确控制反应温度，以确保 合成产物的质量。
搅拌机构
用于保持反应溶液的均匀混合， 以提高反应效率。
水热法合成的正极材料
1
LiMn2O4
2
水热法也适用于制备LiMn2O4正极材料，
《水热法制备正极材》 PPT课件
水热法合成是一种重要的材料合成方法，本课件将介绍水热法的基本原理、 装置设计和正极材料的合成方法。
水热法合成的简介
水热法合成是一种基于高温高压的合成方法，可用于制备各种功能材料，其 重要性在于其高效、低成本以及可控性。
水热法合成的发展历程
起源
水热法最早起源于19世纪，用于合成石英晶体。
2 缺点
反应条件要求严格、产物形貌难以控制。
水热法合成的质量影响因素
温度
温度的变化会影响晶体生长速率和形貌。
反应时间
反应时间的延长有助于晶体的长大和形貌的改变。
溶液成分
溶液中不同物质的浓度、比例和pH值等会影响产物的形貌和性能。
水热法合成的表征技术
X射线衍射
用于分析产物的晶体结构和晶 体学参数。
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
水热法ppt课件
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水在水热反应釜内的初始临界填充度为32%。 初始填充度小于32%的情况下，温度上升 时，气液相的界面稍有上升，随着温度的 继续增加到一定温度时，液面就转而下降， 直到临界温度374℃，液相全部消失。如果 初始填充度高于32%，那么温度高于临界温 度时，气液相界面迅速升高，直到充满反 应容器。
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一般的矿化剂可以分为下面5类： 1 金属及铵的卤化物 2 碱金属的氢氧化物 3 弱酸与碱金属形成的盐类 4 强酸的盐类 5 酸类（一般为无机酸）
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有机物的溶解
有些有机物在常温下不溶于水，但是在 水热条件下迅速溶解或者分解。可用 于对有毒物质的去除。
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2.3 较快的晶体生长速率
高温高压下水的特性： 水分子为四面体结构缔合方式， 结构排列紧凑，组成聚合式时， 犹如紧密排列的固体晶相。 其堆积密度随着温度和压力的 变化而不同。
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4.3 水热法薄膜制备技术
A 水热法单晶外延膜制备技术
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B 水热法多晶薄膜制备技术
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5 水热法的缺陷
A 反应周期长 B 应用范围有局限性 晶体生长需要晶体的溶解度对温度非常敏 感； 合成的粉体中大都含有氧元素。 C 很多具有高温高压步骤，因此对设备要求 高 D 体系密闭，不方便中途控制
2
1 什么是水热法
• 在特制的密闭反应容器里，采用水溶液作 为反应介质，通过对反应容器加热，创造 出一个高温、高压反应环境，使通常难溶 或不溶的物质溶解并且重结晶。
3
2 为什么要采用水热法？
• 中低温实现晶体的形成和生长，避免高温处理带 来的种种缺陷； • 应用一些溶解度低的原料，也降低了原料成本； • 具有比其他液相方法更快的晶体生长速率； • 可以生长产生各种不同的晶体形貌； • 反应温度相对较低，可以得到一些低温同质异构 体； • 可以方便地控制反应器内的反应气氛。
水热合成PPT课件
2021
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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。
矿化剂可以提高溶质在水热溶液里的溶解度，可 改变其溶解度温度系数;
温度系数符号改变除了与所加入的矿化剂种类有 关，还与溶液里矿化剂的浓度有关。
2021
沸石分子筛
另章讨论
其它晶体材料
1982午4月： 日本横滨，第一届国际水热反应专题讨论会
研究重点：新化合物的合成．新合成方法的开 拓和新合成理论的建立。
2021
4
与溶液化学的差别：
合成反应在高温和高压下进行，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。
与固相合成研究的差别： “反应性”不同
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成核与晶体生长
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；
水热与溶剂热生长的晶体不完全是离子的 （如BaSO4或AgCl等），它通过部分共价 键的三维缩聚作用而形成。
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成核与晶体生长
可生长核即晶体生长自发进行的核的出现，是溶液 或混合溶液波动的结果。
例如：制备含有OH-、F-、S2-等挥发性物质的 陶瓷材料。
也可同时进行化学反应和烧结反应。 如：氧化铬、单斜氧化锗、氧化铝-氧化铬
复合体的制备。
(10) 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。
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。
2021
13
按反应温度进行分类，
2021
8
水热合成法 PPT
水热合成法分类
1)水热氧化：高温高压水、水溶液等 溶剂与金属或合金可直接反应生长性 的化合物。 例如：M+[0]——MxOy
2)水热沉淀：某些化合物在通常条件 下无法或很难生成沉淀，而在水热条 件下却生成新的化合物沉淀。 例如： KF+MnCI2——KMnF2
3)水热合成：可允许在很宽的范围内 改变参数，使两种或两种以上的化合 物起反应，合成新的化合物。例如： FeTiO3+K0H——K20•nTiO2
水热法制备纳米二氧化锡微粉：纳米SnO2具有很大的比表面积，是一种很好 的气皿和湿皿材料。水热法制备纳米氧化物微粉有很多优点，如产物直接为晶 体，无需经过焙烧净化过程，因而可以减少其它方法难以避免的颗粒团聚，同 时粒度比较均匀，形态比较规则。
5.2 水热法制备BaTiO3薄膜
利用Sol-gel法等其他湿化学方法来制备多晶薄膜,灼烧工艺过程则是必不可少 的,在这一过程中易造成薄膜开裂、脱落等缺陷。水热法目前主要用于制备多 晶薄膜,其原因在于它不需要高温灼烧处理来实现由无定形向结晶态的转变。
➢ “溶解-结晶”机制：“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。
➢ “原位结晶”机制：当选用常温常压下不可溶的固体粉末，凝胶或沉淀为前驱 物时，如果前驱物和晶相的溶解度相差不是很大时，或者“溶解-结晶”的动 力学速度过慢，则前驱物可以经过脱去羟基（或脱水），原子原位重排而转变 为结晶态。
制备具体过程：以抛光的钛金属片衬底或沉积钛的玻璃衬底作为阳极,Pt 金属 片作为阴极,以Ba(OH)2 水溶液为前驱物,通过两电极,经100～200 ℃的水热处 理,得到了表面无宏观缺陷,呈金属光泽的BaTiO3 薄膜。
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水热合成法 Hydrothermalsynthesis
无机 1
1
原理
2
分类
目录
3
过程
5
具体应用
4
与核壳结构 的关系
2
沉淀法
水解法
制备微粉
喷雾法 氧化还原法
冻结干燥法
要得到化合物微粉，加热处理必 不可少。 而高温易造成缺陷，不能保持组 分的均匀性。
水热合成法 提纯与合成双重 作用！
3
一、原理：水热合成是什么？
• 水热合成是指：温度为100～1000℃、压力为1MPa～1GPa条件下利用水溶液 中物质化学反应所进行的合成。在亚临界和超临界水热条件下,由于反应处于 分子水平,反应性提高,因而水热反应可以替代某些高温固相反应。
• 利用高温高压的水溶液使那些在大气条件下不溶或难溶的物质溶解，并且重结 晶而进行无机合成与材料处理的一种有效方法。
TEM image and ED pattern of CdS / ZnO nanoparticles
8Hale Waihona Puke 五、水热合成法的具体应用• 1.制备超细（纳米）粉末 • 2.制备薄膜 • 3.其他应用
9
5.1 制备超细（纳米）粉末
• 制备金属氧化物超微粉因金属铁在潮湿空气中氧化非常慢,但是把这个氧化反 应置于水热条件下,氧化速度非常快,要得到几十到100nm左右的Fe304;,只要把 金属铁在98MPa,40℃的水热条件下反应1小时即可。
制作硬化体：用水热合成法能制作各种各样无机化合物硬化体,应用于建筑材 料、耐火材料。
处理环境污染物质：一些有害物质（PCB,ABC噬粉）在常温常压下不易分解, 而在高温高压下就很容易分解。
12附：资料来源• 百科 • 水热法合成 CdS /ZnO核壳结构纳米微粒 （孙聆东 付雪峰 钱 程 廖春生 严纯
• 水热法制备纳米二氧化锡微粉：纳米SnO2具有很大的比表面积，是一种很好 的气皿和湿皿材料。水热法制备纳米氧化物微粉有很多优点，如产物直接为晶 体，无需经过焙烧净化过程，因而可以减少其它方法难以避免的颗粒团聚，同 时粒度比较均匀，形态比较规则。
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5.2 水热法制备BaTiO3薄膜
• 利用Sol-gel法等其他湿化学方法来制备多晶薄膜,灼烧工艺过程则是必不可少 的,在这一过程中易造成薄膜开裂、脱落等缺陷。水热法目前主要用于制备多 晶薄膜,其原因在于它不需要高温灼烧处理来实现由无定形向结晶态的转变。
MexOy+Hz——xMe+yHzO 其中Me为银、铜等
• 5)水热分解：某些化合物在 水热条件下分解成新的化合 物 ， 进 行 分 离 而 得 单 一 化 合6
三、具体过程
• 基本设备：水热合成反应釜
• 具体流程：
(1)选择反应前驱物，确定反 应前驱物的计量比。
(2)摸索前驱物加入顺序，混 料搅拌； 苗鸿雁； 罗宏杰； 姚熹； ） • TiO2和BaTiO3纳米晶的水热合成及其光电性能的研究（ 中南大学， 王丽丽） • 水热合成法及其应用（惠春）
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谢谢！
欢迎大家提问
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➢ “原位结晶”机制：当选用常温常压下不可溶的固体粉末，凝胶或沉淀为前驱 物时，如果前驱物和晶相的溶解度相差不是很大时，或者“溶解-结晶”的动 力学速度过慢，则前驱物可以经过脱去羟基（或脱水），原子原位重排而转变 为结晶态。
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水热合成法分类
• 1)水热氧化：高温高压水、 水溶液等溶剂与金属或合金 可直接反应生长性的化合 物。 例如：M+[0]——MxOy
(3)装釜、封釜、置入烘箱。
(4)确定反应温度、时间、状 态进行反应。
(5)取釜、冷却(空气冷或水
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四、水热合成法与核壳结构
• 水热法合成 CdS /ZnO核壳结构纳米微粒 • 具体合成过程：以半胱氨酸镉配合物为前驱体 , 采用水热法合成 CdS纳米微
粒 , 再以 ZnO 对其进行表面修饰 , 形成具有核/壳结构的 CdS /ZnO 半导体纳 米微粒。CdS纳米微粒表面经 ZnO 修饰后 , 其带边发射大大增强。透射电镜 显示 , 110℃下反应 4 h所得的 CdS / ZnO 颗粒尺寸约为 20 nm, 电子衍射表明 其结构为六方相。
• 制备具体过程：以抛光的钛金属片衬底或沉积钛的玻璃衬底作为阳极,Pt 金属 片作为阴极,以Ba(OH)2 水溶液为前驱物,通过两电极,经100～200 ℃的水热处 理,得到了表面无宏观缺陷,呈金属光泽的BaTiO3 薄膜。
• 在衬底上形成稳定结晶相薄膜
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5.3 其他应用
煤的液体化、气体化：在水热条件下,煤可以液化、气体化，产生油性状,所以 如果煤在水热条件下处理实现工业化,煤的运输,煤的有效利用,因烧煤而造成的 环境污染,将会得到较大的改变。
• 反应过程的驱动力是最后可溶的前驱体或中间产物与最终产物之间的溶解度差， 即反应向吉布斯焓减小的方向进行。
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二、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：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。
➢ “溶解-结晶”机制：“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。
• 2)水热沉淀：某些化合物在 通常条件下无法或很难生成 沉淀，而在水热条件下却生 成新的化合物沉淀。 例如： KF+MnCI2——KMnF2
• 3)水热合成：可允许在很宽 的范围内改变参数，使两种
• 4)水热还原：一些金属类氧 化物、氢氧化物、碳酸盐或 复盐用水调浆，无需或只需 极少量试剂，控制适当温度 合氧分压等条件，即可制得 超细金属粉体。例如：
无机 1
1
原理
2
分类
目录
3
过程
5
具体应用
4
与核壳结构 的关系
2
沉淀法
水解法
制备微粉
喷雾法 氧化还原法
冻结干燥法
要得到化合物微粉，加热处理必 不可少。 而高温易造成缺陷，不能保持组 分的均匀性。
水热合成法 提纯与合成双重 作用！
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一、原理：水热合成是什么？
• 水热合成是指：温度为100～1000℃、压力为1MPa～1GPa条件下利用水溶液 中物质化学反应所进行的合成。在亚临界和超临界水热条件下,由于反应处于 分子水平,反应性提高,因而水热反应可以替代某些高温固相反应。
• 利用高温高压的水溶液使那些在大气条件下不溶或难溶的物质溶解，并且重结 晶而进行无机合成与材料处理的一种有效方法。
TEM image and ED pattern of CdS / ZnO nanoparticles
8Hale Waihona Puke 五、水热合成法的具体应用• 1.制备超细（纳米）粉末 • 2.制备薄膜 • 3.其他应用
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5.1 制备超细（纳米）粉末
• 制备金属氧化物超微粉因金属铁在潮湿空气中氧化非常慢,但是把这个氧化反 应置于水热条件下,氧化速度非常快,要得到几十到100nm左右的Fe304;,只要把 金属铁在98MPa,40℃的水热条件下反应1小时即可。
制作硬化体：用水热合成法能制作各种各样无机化合物硬化体,应用于建筑材 料、耐火材料。
处理环境污染物质：一些有害物质（PCB,ABC噬粉）在常温常压下不易分解, 而在高温高压下就很容易分解。
12附：资料来源• 百科 • 水热法合成 CdS /ZnO核壳结构纳米微粒 （孙聆东 付雪峰 钱 程 廖春生 严纯
• 水热法制备纳米二氧化锡微粉：纳米SnO2具有很大的比表面积，是一种很好 的气皿和湿皿材料。水热法制备纳米氧化物微粉有很多优点，如产物直接为晶 体，无需经过焙烧净化过程，因而可以减少其它方法难以避免的颗粒团聚，同 时粒度比较均匀，形态比较规则。
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5.2 水热法制备BaTiO3薄膜
• 利用Sol-gel法等其他湿化学方法来制备多晶薄膜,灼烧工艺过程则是必不可少 的,在这一过程中易造成薄膜开裂、脱落等缺陷。水热法目前主要用于制备多 晶薄膜,其原因在于它不需要高温灼烧处理来实现由无定形向结晶态的转变。
MexOy+Hz——xMe+yHzO 其中Me为银、铜等
• 5)水热分解：某些化合物在 水热条件下分解成新的化合 物 ， 进 行 分 离 而 得 单 一 化 合6
三、具体过程
• 基本设备：水热合成反应釜
• 具体流程：
(1)选择反应前驱物，确定反 应前驱物的计量比。
(2)摸索前驱物加入顺序，混 料搅拌； 苗鸿雁； 罗宏杰； 姚熹； ） • TiO2和BaTiO3纳米晶的水热合成及其光电性能的研究（ 中南大学， 王丽丽） • 水热合成法及其应用（惠春）
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➢ “原位结晶”机制：当选用常温常压下不可溶的固体粉末，凝胶或沉淀为前驱 物时，如果前驱物和晶相的溶解度相差不是很大时，或者“溶解-结晶”的动 力学速度过慢，则前驱物可以经过脱去羟基（或脱水），原子原位重排而转变 为结晶态。
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水热合成法分类
• 1)水热氧化：高温高压水、 水溶液等溶剂与金属或合金 可直接反应生长性的化合 物。 例如：M+[0]——MxOy
(3)装釜、封釜、置入烘箱。
(4)确定反应温度、时间、状 态进行反应。
(5)取釜、冷却(空气冷或水
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四、水热合成法与核壳结构
• 水热法合成 CdS /ZnO核壳结构纳米微粒 • 具体合成过程：以半胱氨酸镉配合物为前驱体 , 采用水热法合成 CdS纳米微
粒 , 再以 ZnO 对其进行表面修饰 , 形成具有核/壳结构的 CdS /ZnO 半导体纳 米微粒。CdS纳米微粒表面经 ZnO 修饰后 , 其带边发射大大增强。透射电镜 显示 , 110℃下反应 4 h所得的 CdS / ZnO 颗粒尺寸约为 20 nm, 电子衍射表明 其结构为六方相。
• 制备具体过程：以抛光的钛金属片衬底或沉积钛的玻璃衬底作为阳极,Pt 金属 片作为阴极,以Ba(OH)2 水溶液为前驱物,通过两电极,经100～200 ℃的水热处 理,得到了表面无宏观缺陷,呈金属光泽的BaTiO3 薄膜。
• 在衬底上形成稳定结晶相薄膜
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5.3 其他应用
煤的液体化、气体化：在水热条件下,煤可以液化、气体化，产生油性状,所以 如果煤在水热条件下处理实现工业化,煤的运输,煤的有效利用,因烧煤而造成的 环境污染,将会得到较大的改变。
• 反应过程的驱动力是最后可溶的前驱体或中间产物与最终产物之间的溶解度差， 即反应向吉布斯焓减小的方向进行。
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二、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：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。
➢ “溶解-结晶”机制：“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。
• 2)水热沉淀：某些化合物在 通常条件下无法或很难生成 沉淀，而在水热条件下却生 成新的化合物沉淀。 例如： KF+MnCI2——KMnF2
• 3)水热合成：可允许在很宽 的范围内改变参数，使两种
• 4)水热还原：一些金属类氧 化物、氢氧化物、碳酸盐或 复盐用水调浆，无需或只需 极少量试剂，控制适当温度 合氧分压等条件，即可制得 超细金属粉体。例如：