最新水热合成课件PPT.ppt

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1、水热合成1、引言密闭体系，水为溶剂，一定温度，利用水自身的压强使反应进行。水热合成溶剂热合成以有机溶剂代替水，…2水（溶剂）热合成化学：研究物质在高温密闭或高压溶液中的化学行为与规律。温度（100~1000℃）压强（1~100MPa）反应性、合成规律及产物结构与性质3水（溶剂）热合成化学特点新的合成方法，替代高温合成；生成低熔点化合物、高蒸气压且不能融体生成的物质或高温分解相；完美晶体，产物结晶度高，易于控制产物晶体的粒度；介稳结构和特种凝聚态产物。特殊价态(低价,中间价)化合物,均匀掺杂。7水热反应的基本类型(1)合成反应：通过数种

2、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。如：Nd2O3+H3PO4NdP5O14CaO·nAl2O3+H3PO4Ca5(PO4)3OH+AlPO4KF+MnCl2KMnF38(2)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，处理一般晶体而得到具有特定性能晶体例：长石—高岭石；NaA沸石—NaS沸石；人工氟石棉一人工氟云母(3)离子交换反应沸石阳离子交换；硬水的软化、长石中离子交换9(4)分解反应分解化合物得到结晶：例：FeTiO3FeO+TiO2一定温度压力

3、下，物质脱水结晶：例：Mg(OH)2+SiO2温石棉(5)还原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：钾矿石中钾的水热提取，重灰石中钨的水热提取。10(6)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。超临界有机物种的全氧化反应。例如：Cr+H2OCr2O3+H211(7)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(8)晶化反应与单晶生长在水热与溶剂热条件下，sol和gel等非晶态物质晶化例如：CeO2·xH2OCeO2高温高压水热与溶剂热条件下

4、，从籽晶培养大单晶。例：SiO2单晶的生长12(9)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-、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。13按反应温度进行分类，可分为亚临界和超临界合成反应。亚临界：温度范围100~240℃如多数沸石分子筛晶体的水热合成超临界：高温高压合成，实验温度可高达1000℃，压强高达

5、0.3GPa有的单品是无法用其它晶体制备方法得到的。例如，CrO2的水热合成。适用于制备许多铁电，磁电，光电固体材料、人工宝石142.合成基础1、反应介质的性质2、化合物在水热介质中的溶解度3、合成反应热力学4、晶体成核与生长15反应介质的性质溶剂不仅为反应提供一个场所，而且会使反应物溶解或部分溶解，生成溶剂合物，这个溶剂化过程会影响化学反应速率。在合成体系中会影响反应物活性、物种在液相中的浓度、解离程度，以及聚合态分布等，从而或改变反应过程。16水的特性是指在水热条件下水的粘度、介电常数和膨胀系数的变化。在稀薄气体状态，水的粘度随温

6、度的升高而增大，但被压缩成稠密液体状态时，其粘度却随温度的升高而降低。水热介质17作为溶剂时水的性质蒸气压变高密度增加表面张力变低离子积增加粘度变低18离子间反应加速；水解反应加剧；氧化还原电势明显变化作为溶剂时水的作用19如:1000℃,15~20GPa，水的密度:1.7~1.98g/cm3;1000℃,1GPa,pKw=7.85±0.03;如完全解离成H3O+和OH-，几乎类同于熔融盐。水的温度-密度图20水的介电常数随温度和压力变化关系介电常数随温度升高而下降，随压力增加而升高。21增强扩散水热溶液的粘度较常温常

7、压下溶液的粘度约低2个数量级;由于扩散与溶液的粘度成正比，因此在水热溶液中存在十分有效的扩散;水热晶体生长较水溶液晶体生长具有更高的生长速率，生长界面附近有更窄的扩散区，以及减少出现组份过冷和枝晶生长的可能性等优点。22高温高压水的作用①压力传递介质；②无毒溶剂,提高物质的溶解度；③反应和重排的促进剂；④有时作为反应物,有时与容器反应;⑤起低熔点物质的作用；23化合物在水热介质中的溶解度其溶解度可用一定的温度、压力下化合物在溶液中平衡度来表示；由于水（溶剂）热法涉及的化合物在水中的溶解度都很小，常在体系中引入矿化剂(Mineraliz

8、er)；24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