42水热与溶剂热合成

1、2、合成的特点、合成的特点 水热与溶剂热合成化学有如下特点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。难于进行的合成反应并产生一系列新的合成方法。 由于在水热与溶剂热条件下中间态、介稳态以及特殊物相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

2、合成产物。凝聚态的新合成产物。 能够使低熔点化合物、高蒸气压且不能在融体中生成的物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。质、高温分解相在水热与溶剂热低温条件下晶化生成。 水热、溶剂热的低温、等压、溶液条件，有利于生长极少水热、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。于控制产物晶体的粒度。 由于易于调节水热与溶剂热条件下的环境气氛，因而有利由于易于调节水热与溶剂热条件下的环境气氛，因而有利 于低价态、中间价

3、态与特殊价态化台物的生成，并能均匀于低价态、中间价态与特殊价态化台物的生成，并能均匀 地进行掺杂。地进行掺杂。3、反应的基本类型、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：或溶剂热反应。水热与溶剂热反应的基本类型总结如下： (1)合成反应合成反应 通过数种组分在水热或溶剂热条件下直接化合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。例如料。例如 (2) 热处理

4、反应热处理反应 利用水热与溶剂热条件处理一般晶体而得到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。具有特定性能晶体的反应。 例如：人工氟石棉例如：人工氟石棉人工氟云母。人工氟云母。 (3) 转晶反应转晶反应 利用水热与溶剂热条件下物质热力学和动力学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。稳定性差异进行的反应。 例如：长石例如：长石高岭石；橄榄石高岭石；橄榄石蛇纹石。蛇纹石。 (4)离子交换反应离子交换反应 沸石阳离子交换；硬水的软化、长石中的沸石阳离子交换；硬水的软化、长石中的离子交换；石棉的离子交换；石棉的oh-交换为交换为f-。 (5) 单晶培育单晶

5、培育 在高温高压水热与溶剂热条件下从籽晶培养在高温高压水热与溶剂热条件下从籽晶培养大单晶。大单晶。 例如：例如：sio2单晶的生长，反应条件为单晶的生长，反应条件为0.5mol/lnaoh，温度，温度梯度梯度410300，压力，压力120mpa，生长速率，生长速率12mm/d；若在反；若在反应介质应介质0.25mol/lna2co3中，则温度梯度为中，则温度梯度为400370，装，装满度满度为为70，生长速率，生长速率12.5mm/d。 (6)脱水反应脱水反应 在一定温度一定压力下物质脱水结晶的反应。在一定温度一定压力下物质脱水结晶的反应。例如：例如： (7) 分解反应分解反应 在水热与溶剂热

6、条件下分解化合物得到结晶的在水热与溶剂热条件下分解化合物得到结晶的反应。例如反应。例如 (8) 提取反应提取反应 在水热与溶剂热条件下从化合物在水热与溶剂热条件下从化合物(或矿物或矿物)中提中提取金属的反应。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。水热提取。 (9) 氧化反应氧化反应 金属和高温高压的纯水、水溶液、有机溶剂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：物种的全氧化反应。例如： (10) 沉淀反

7、应沉淀反应 水热与溶剂热条件下生成沉淀得到新化合物水热与溶剂热条件下生成沉淀得到新化合物的反应。例如的反应。例如: (11) 晶化反应晶化反应 在水热与溶剂热条件下，使溶胶、凝胶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：等非晶态物质晶化的反应。例如： (12) 水解反应水解反应 在水热与溶剂热条件下，进行加水分解的反应。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。例如：醇盐水解等。 (13) 烧结反应烧结反应 在水热与溶剂热条件下，实现烧结的反应。在水热与溶剂热条件下，实现烧结的反应。 例如：制备含有例如：制备含有oh-、f-等挥发性物质

8、的陶瓷材料。等挥发性物质的陶瓷材料。 (14) 反应烧结反应烧结 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、氧化铝反应。例如：氧化铬、单斜氧化锆、氧化铝氧化锆复合体的制氧化锆复合体的制备。备。 (15) 水热热压反应水热热压反应 在水热热压条件下，材料固化与复合材料的在水热热压条件下，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。复合材料的制备。4、反应介质的性质、反应介质的性质 作为溶剂时水的性质作为溶剂时水的性质高温

9、加压下水热反应具有三个特征：高温加压下水热反应具有三个特征： 使得重要离子间的反应加速；使得重要离子间的反应加速； 使得水解反应加剧；使得水解反应加剧； 使得氧化还原电势发生明显变化。使得氧化还原电势发生明显变化。 在高温高压水热体系中，水的性质将产生下列变化：在高温高压水热体系中，水的性质将产生下列变化： 蒸汽压变高；蒸汽压变高； 密度变低；密度变低； 表面张力变低；表面张力变低； 粘度变低；粘度变低；离子积变高。离子积变高。 在加压高温水热反应条件下，即使是在常温下不溶于水的矿物在加压高温水热反应条件下，即使是在常温下不溶于水的矿物或其他有机物的反应，也能诱发离子反应或促进反应。水热反应或

10、其他有机物的反应，也能诱发离子反应或促进反应。水热反应加剧的主要原因是水的电离常数随着水热反应温度的上升而增加。加剧的主要原因是水的电离常数随着水热反应温度的上升而增加。 高温高压下水的作用可归纳如下：高温高压下水的作用可归纳如下： 有时作为化学组分起化学反应；有时作为化学组分起化学反应； 反应和重排的促进剂；反应和重排的促进剂； 起压力传递介质的作用；起压力传递介质的作用； 起溶剂作用；起溶剂作用； 起低熔点物质的作用；起低熔点物质的作用； 提高物质的溶解度；提高物质的溶解度； 有时与容器反应；有时与容器反应； 无毒。无毒。1、介稳材料的合成、介稳材料的合成 沸石分子筛是一类典型的介稳微孔晶体材料，这类材料具有沸石分子筛是一类典型的介稳微孔晶体材料，这类材料具有分子尺寸、周期性排布的孔道结构，其孔道大小、形状、走向、分子尺寸、周期性排布的孔道结构，其孔道大小、形状、走向、维数及孔壁性质等多种因素为它们提供了各种可能的功能。维数及孔壁性质等多种因素为它们提供了各种可能的功能。 水热合成是沸石分子筛经典和适宜的方法之一。水热合成是沸石分子筛经典和适宜的方法之一。 与高温固态反应相比，水热合成氧化物粉末陶瓷具有以下与高温固态反应相比，水热合成氧化物粉末陶瓷具有以下优势：优势： 明显地降低反应