軟化學(xué)合成方法1低溫固相和水熱法省公開課金獎(jiǎng)全國(guó)賽課一等獎(jiǎng)微課獲獎(jiǎng)?wù)n件

軟化學(xué)合成方法21/91低熱固相反應(yīng)依據(jù)化學(xué)反應(yīng)發(fā)生溫度將固相化學(xué)反應(yīng)分為三類，即反應(yīng)溫度低于100°C低熱固相反應(yīng)、反應(yīng)溫度介于100°C~600℃之間中熱固相反應(yīng)，以及反應(yīng)溫度高于600℃高熱固相反應(yīng)。2/91固相反應(yīng)發(fā)生起始于兩個(gè)反應(yīng)物分子擴(kuò)散接觸，接著發(fā)生化學(xué)作用，生成產(chǎn)物分子。此時(shí)生成產(chǎn)物分子分散在母體反應(yīng)物中，只能看成一個(gè)雜質(zhì)或缺點(diǎn)分散存在，只有當(dāng)產(chǎn)物分子聚積到一定大小，才能出現(xiàn)產(chǎn)物晶核，從而完成成核過程。伴隨晶核長(zhǎng)大，到達(dá)一定大小后出現(xiàn)產(chǎn)物獨(dú)立晶相。固相反應(yīng)經(jīng)歷了擴(kuò)散——反應(yīng)——成核——生長(zhǎng)過程。因?yàn)楦麟A段進(jìn)行速率在不一樣反應(yīng)體系或同一反應(yīng)體系不一樣反應(yīng)條件下不盡相間，使得各個(gè)階段特征并非清楚可辨，總反應(yīng)特征只表現(xiàn)為反應(yīng)決速步特征。3/91固相化學(xué)反應(yīng)與溶液反應(yīng)一樣，種類繁多，按照參加反應(yīng)物種數(shù)可將因相反應(yīng)體系分為單組分固相反應(yīng)和多組分固相反應(yīng)。己經(jīng)研究多組分固相反應(yīng)體系有15大類：①中和反應(yīng)；②氧化還原反應(yīng)；③配位反應(yīng)；④分解反應(yīng)；⑤離子交換反應(yīng)；⑥成簇反應(yīng)；⑦嵌入反應(yīng)；⑧催化反應(yīng)；⑨取代反應(yīng)；⑩加成反應(yīng)；⑾異構(gòu)化反應(yīng)；⑿有機(jī)重排反應(yīng)；⒀偶聯(lián)反應(yīng)；⒁縮合與聚合反應(yīng)；⒂主客體包合反應(yīng)。低熱固相化學(xué)與溶液化學(xué)有許多不向，遵照其獨(dú)有規(guī)律。4/91潛伏期多組分固相化學(xué)反應(yīng)開始于兩相接觸部分。反應(yīng)產(chǎn)物層一旦生成，為了反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行，反應(yīng)物經(jīng)過擴(kuò)散方式與生成物進(jìn)行物質(zhì)輸運(yùn)。而這種擴(kuò)散對(duì)于多數(shù)固體是較慢。同時(shí)，反應(yīng)物只有集中到一定大小時(shí)才能成核，而成核需要一定溫度，低于一定溫度Tn反應(yīng)則不能發(fā)生，只有高于Tn反應(yīng)才能進(jìn)行。這種固體反應(yīng)物間擴(kuò)散及產(chǎn)物成核過程便組成了固相反應(yīng)持有潛伏期。這種過程受溫度影響顯著，溫度越高，擴(kuò)散越快，產(chǎn)物成核越快，反應(yīng)潛伏期就越短；反之．則潛伏期就越長(zhǎng)。當(dāng)?shù)陀诔珊藴囟萒n時(shí)，固相反應(yīng)就不能發(fā)生。5/91無化學(xué)平衡6/91拓?fù)浠瘜W(xué)控制原理溶液中反應(yīng)物分子處于溶劑包圍中，分子碰撞機(jī)會(huì)各向均等，反應(yīng)主要由反應(yīng)物分子結(jié)構(gòu)決定。固相反應(yīng)中，各固體反應(yīng)物晶格是高度有序排列，因而晶格分子移功較困難，只有適當(dāng)取向晶面上分子足夠地靠近，才能提供適當(dāng)反應(yīng)中心，使固相反應(yīng)得以進(jìn)行。這就是固相反應(yīng)特有拓?fù)浠瘜W(xué)控制原理。它賦予了固相反應(yīng)以其它方法無法比擬優(yōu)越性，提供了合成新化合物獨(dú)特路徑。7/91固相反應(yīng)與液相反應(yīng)差異固相化學(xué)反應(yīng)與液相反應(yīng)相比，盡管絕大多數(shù)得到相同產(chǎn)物，但也有很多例外。即使使用一樣摩爾比反應(yīng)物，但產(chǎn)物卻不一樣，其原因當(dāng)然是兩種情況下反應(yīng)微環(huán)境差異造成。8/919/9110/91低熱固相反應(yīng)應(yīng)用11/9112/9113/9114/9115/91水熱與溶劑熱合成水熱與溶劑熱合成化學(xué)是研究物質(zhì)在高溫和密閉或高壓條件下溶液中化學(xué)行為與規(guī)律化學(xué)分支。因?yàn)楹铣煞磻?yīng)在高溫和高壓下進(jìn)行，所以產(chǎn)生對(duì)水熱與溶劑熱合成化學(xué)反應(yīng)體系特殊技術(shù)要求，如耐高溫高壓與化學(xué)腐蝕反應(yīng)釜等。水熱與溶劑熱合成足指在一定溫度(100℃一1000°C）和壓強(qiáng)(1MPa一100MPa)條件下利用溶液中物質(zhì)化學(xué)反應(yīng)所進(jìn)行合成。水熱合成化學(xué)側(cè)重于研究水熱合成條件下物質(zhì)反應(yīng)性、合成規(guī)律以及合成產(chǎn)物結(jié)構(gòu)與性質(zhì)。16/91水熱與溶劑熱合成與固相合成研究差異在于“反應(yīng)性”不一樣。這種不一樣主要反應(yīng)在反應(yīng)機(jī)理上，固相反應(yīng)機(jī)理主要以界面擴(kuò)散為其特點(diǎn)，而水熱和溶劑熱反應(yīng)主要以液相反應(yīng)為其特點(diǎn)。不一樣反應(yīng)機(jī)理首先可能造成不一樣結(jié)構(gòu)生成。另外即使生成相同結(jié)構(gòu)也有可能內(nèi)于最初生成機(jī)理差異而為合成材料引入不一樣“基因”，如液相條件生成完美晶體等。材料微結(jié)構(gòu)和性能與材料起源相關(guān)，所以不一樣合成體系和方法可能為最終材料引入不一樣“基因”。水熱與溶劑熱化學(xué)側(cè)重于溶劑熱條件下特殊化合物與材料制備、合成和組裝。經(jīng)過水熱與溶劑熱反應(yīng)能夠制得固相反應(yīng)無法制得物相或物種?；蛘呤狗磻?yīng)在相對(duì)溫和治溶劑熱條件下進(jìn)行。17/91水熱法18/91水熱與溶劑熱合成是無機(jī)合成化學(xué)一個(gè)主要分支。水熱合成研究最初從模擬地礦生成開始到沸石分子篩和其它晶體材料合成已經(jīng)歷了一百多年歷史。天機(jī)晶體材料溶劑熱合成研究是近二十年發(fā)展起來，主要指在非水有機(jī)溶劑熱條件下合成，用于區(qū)分水熱合成。19/91水熱與溶劑熱合成化學(xué)與溶液化學(xué)不一樣，它是研究物質(zhì)在高溫和密閉或高壓條件下溶液中化學(xué)行為與規(guī)律化學(xué)分支。合成反應(yīng)在高溫和高壓下進(jìn)行，所以產(chǎn)生對(duì)水熱與溶劑熱合成化學(xué)反應(yīng)體系特殊技術(shù)要求，如耐高溫高壓與化學(xué)腐蝕反應(yīng)釜等。水熱與溶劑熱合成是指在一定溫度（100一1000℃)和壓強(qiáng)(1一100MPa)條件下利用溶液中物質(zhì)化學(xué)反應(yīng)所進(jìn)行合成。水熱合成化學(xué)側(cè)重于研究水熱合成條件下物質(zhì)反應(yīng)性、合成規(guī)律以及合成產(chǎn)物結(jié)構(gòu)與性質(zhì)。20/9121/9122/9123/9124/9125/91水熱反應(yīng)機(jī)理26/91水熱與溶劑熱合成研究特點(diǎn)之一是因?yàn)檠芯矿w系普通處于非理想非平衡狀態(tài)，所以應(yīng)用非平衡熱力學(xué)研究合成化學(xué)問題。在高溫高壓條件下，水或其它溶劑處于臨界或超臨界狀態(tài)，反應(yīng)活性提升。物質(zhì)在溶劑中物性和化學(xué)反應(yīng)性能都有很大改變，所以溶劑熱化學(xué)反應(yīng)大異于常態(tài)。因?yàn)樗疅崤c溶劑熱化學(xué)可操作性和可調(diào)變性，所以將成為銜接合成化學(xué)和合成材料物理性質(zhì)之間橋梁。27/91水熱與溶劑熱合成化學(xué)有以下特點(diǎn)：因?yàn)樵谒疅崤c溶劑熱條件下反應(yīng)物反應(yīng)性能改變、活性提升，有可能代替固相反應(yīng)以及難于進(jìn)行合成反應(yīng)，并產(chǎn)生一系列新合成方法。因?yàn)橹虚g態(tài)、介穩(wěn)態(tài)以及特殊物相易于生成，所以能合成與開發(fā)一系列特種介穩(wěn)結(jié)構(gòu)、特種凝聚態(tài)新合成產(chǎn)物。能夠使低熔點(diǎn)化合物、高蒸氣壓且不能在融體中生成物質(zhì)、高溫分解相晶化生成。低溫、等壓、溶液條件，有利于生長(zhǎng)極少缺點(diǎn)、取向好、完美晶體，且合成產(chǎn)物結(jié)晶度高以及易于控制產(chǎn)物晶體粒度。易于調(diào)整環(huán)境氣氛，有利于低價(jià)態(tài)、中間價(jià)態(tài)與特殊價(jià)態(tài)化合物生成，并能均勻地進(jìn)行摻雜。28/91高溫加壓下水熱反應(yīng)含有三個(gè)特征：使主要離子間反應(yīng)加速；使水解反應(yīng)加??；使其氧化還原電勢(shì)發(fā)生顯著改變。在高溫高壓水熱體系中．水性質(zhì)將產(chǎn)生以下改變：①蒸氣壓變高，②密度變低，⑦表面張力變低．④粘度變低，⑦離子積變高。29/91水熱技術(shù)類型30/91反應(yīng)基本類型合成反應(yīng)熱處理反應(yīng)轉(zhuǎn)晶反應(yīng)離子交換反應(yīng)單晶培育脫水反應(yīng)分解反應(yīng)提取反應(yīng)氧化反應(yīng)沉淀反應(yīng)晶化反應(yīng)水解反應(yīng)燒結(jié)反應(yīng)反應(yīng)燒結(jié)水熱熱壓反應(yīng)31/9132/9133/9134/9135/91溶劑熱法36/9137/91水熱和溶劑熱法制備納米材料38/9139/9140/9141/9142/9143/9144/9145/9146/9147/9148/9149/9150/9151/9152/9153/9154/9155/9156/9157/9158/9159/9160/9161/9162/9163/9164/9165/9