无机化学高压水热合成方法

1、关于无机化学高压水热合成方法/ 301第一张，PPT共三十页，创作于2022年6月/ 302 高温高压是一种特殊的研究手段，作为一种典型的极端物理条件，能够改变物质的原子间距和原子壳层状态，被用作调节原子间距、信息探针和其它特殊的应用手段，渗透到绝大多数前沿课题的研究中。 高压固态反应压力范围包括：低压力(110MPa)，高压力(几十GPa)。 （1 大气压 0.1 MPa = 1.013巴， 1GPa 1万大气压） 第二张，PPT共三十页，创作于2022年6月/ 303第1节 高压高温的产生和测量1 高压高温的产生（1）高压的产生静高压：利用外界机械加载方式，挤压物体 或试样产生高压压缩机（

2、压气机200-1000巴、压液机1500巴）油压机推动高压装置动高压：利用爆炸、强放电产生冲击波瞬间 产生几十甚至上千GPa高压。 第三张，PPT共三十页，创作于2022年6月/ 304（2）高温的产生：大电流通过试样直接加热，或由加热管间接加热2 高压高温的测量（1）高压的测量物质相变点定标测压法如Bi(III) 2.5GPa, Tl(III) 3.67GPa, Cs(IIIII) 4.2GPa, 相变时电阻发生跃变（2）高温的测量静高压装置的高温采用热电偶测量，PtRh合金动高压较复杂，难以直接测量 第四张，PPT共三十页，创作于2022年6月/ 305第2节 高压的作用1 引起物质发生性

3、质变化增加物质密度、对称性、配位数，缩短键长如熔点升高：汞 1大气压 38.2C， 1万大气压 21.9C固体物质电子层结构变化：铯 几万大气压下变成绝缘体，6s电子压入内层铁 3d64s23d8S, Se, Te, P高压下金属化第五张，PPT共三十页，创作于2022年6月/ 306离子配位数变化：SiO2 配位数46 体积减少38%有利于体积减少的反应N2 + 3H2 = 2NH3-压力 1 100 300 1000 2000 3500(大气压) -NH3 % 2.11 16.43 35.82 69.69 89.83 97.18平衡浓度-第六张，PPT共三十页，创作于2022年6月/ 30

4、7年产 300,000T 合成氨厂三明化工厂合成氨厂第七张，PPT共三十页，创作于2022年6月/ 308 石墨 金刚石(sp2, 5.34ml/mol) (sp3, 3.42ml/mol) rHm 1.828 kJmol1 rGm 2.796 kJmol1 rSm - 3.25 kJmol1常温常压下石墨转化为金刚石是非自发的，但根据rGmrHmTrSm可见，在高温和高压(由疏松到致密)下可能实现这种转化。其温度和压力条件因催化剂的种类不同而不同。第八张，PPT共三十页，创作于2022年6月/ 309碳的相图石墨在高温高压下转变为金刚石第九张，PPT共三十页，创作于2022年6月/ 3010

5、高压在无机合成中的作用 可提高反应速率和产物的转化率 降低合成温度 缩短反应时间等 第十张，PPT共三十页，创作于2022年6月/ 3011第3节 无机化合物的高压合成1 金刚石和立方氮化硼的合成静高压高温直接合成：同素异型相转变 12.5GPa, 3000K 石墨 金刚石静高压高温催化剂合成法：金属催化剂，56 GPa, 13002000K 第十一张，PPT共三十页，创作于2022年6月/ 3012石墨转化法可分为静态超高压高温法和动态法两种。 静态超高压高温法 用高压设备压缩传压介质产生310 GPa的超高压，并利用电流通过发热体，将合成腔加热到l0002000高温。其优点是能较长时间保持

6、稳定的高温高压条件，易于控制。该法可得到磨料级金刚石，但设备技术要求高。 第十二张，PPT共三十页，创作于2022年6月/ 3013 动态法 利用动态波促使石墨直接转变成金刚石。动态冲击波可由爆炸、强放电和高速碰撞等瞬时产生，在被冲击介质中可同时产生高温高压，使石墨转化为金刚石。该法作用时间短(仅几微秒)，压力及温度不能分别加以控制，但装置相对简单，单次装料多，因而产量高。产品为微粉金刚石，可通过烧结成大颗粒多晶体，但质量较差。 低压法CVD法 PVD法 等等。 第十三张，PPT共三十页，创作于2022年6月/ 3014人造金刚石的应用领域中国的人造金刚石产量1999年达到大约8亿克拉。第十四

7、张，PPT共三十页，创作于2022年6月/ 3015 11.5 GPa, 2000K六角氮化硼 立方氮化硼(类似石墨结构) (与金刚石结构相同) 6.2 GPa, 1650K 金属催化剂(Mg) 第十五张，PPT共三十页，创作于2022年6月/ 30162 复合双稀土氧化物的合成 2.9GPa, 1550KLa2O3 + Er2O3 LaErO3合成NdYbO3 , LaLuO3 , EuTbO3等，常压高温难合成的物质，或是新物质第十六张，PPT共三十页，创作于2022年6月/ 30173 翡翠宝石的合成 16501850KNa2CO3,Al2O3,SiO2非晶玻璃 2.04.5GPa, 1

8、2001750K 宝石级翡翠宝石第十七张，PPT共三十页，创作于2022年6月/ 3018第4节 水热合成 水热与溶剂热合成(Hydrothermal Reactions and Solvothermal Reactions）是无机合成化学的一个重要分支。 目前已成为多数无机功能材料、特种组成与结构的无机化合物及特种凝聚态材料，如超微粒、溶胶与凝胶、非晶态、无机膜、非晶等合成的重要的途径。 第十八张，PPT共三十页，创作于2022年6月/ 3019热液矿床：又称水热矿床 水热法是19 世纪中叶地质学家模拟自然界成矿作用而开始研究的。1900 年后科学家们建立了水热合成理论,以后又开始转向功能材

9、料的研究。目前用水热法已制备出百余种晶体。第十九张，PPT共三十页，创作于2022年6月/ 3020海底热液活动 第二十张，PPT共三十页，创作于2022年6月/ 30211 合成化学 水热与溶剂热合成是指在一定温度（1001000）和压强（1100MPa）条件下利用溶剂中物质化学反应进行的合成。水热合成化学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。第二十一张，PPT共三十页，创作于2022年6月/ 30222 反应介质的性质A 水在中温中压(100240，120MPa)条件下水的饱和蒸气压(kg/cm2)为：_温度(C) 100 150 180 200 220蒸

10、气压 1.033 4.85 10.2 15.9 23.7 水的临界温度为(374.1C)，临界压力为221.2 (bar)。第二十二张，PPT共三十页，创作于2022年6月/ 3023 在高温高压水热体系中，水的性质发生变化:蒸气压变高、密度变低、表面张力变低、粘度变低、离子积变高压强与反应容器中原始溶剂的填充度有关，通常50%80% 第二十三张，PPT共三十页，创作于2022年6月/ 3024B 有机溶剂反应介质 有机溶剂种类繁多，性质差异很大，为合成提供了更多的选择机会。有关参数：分子量M、密度d、冰点mp、沸点bp、介电常数、偶极矩溶剂极性等第二十四张，PPT共三十页，创作于2022年6

11、月/ 30253 合成的技术 水热与溶剂热实验的基本设备是高压容器。 一个好的水热溶剂热合成程序是在了解反应机制和化学实验的积累基础上建立的。 第二十五张，PPT共三十页，创作于2022年6月/ 3026 一般的水热合成程序：(1)、选择反应物料(2)、确定合成物的配方；(3)、配料序摸索；(4)、装釜、封釜；(5)、确定反应温度、时间、状态 （静止与动态晶化）(6)、取釜、冷却（空气冷、水冷）；(7)、开釜取样；(8)、过滤、干燥；(9)、光学显微镜观察晶貌与粒度分布；(10)、X射线衍射物相分析。第二十六张，PPT共三十页，创作于2022年6月/ 30274 水热与溶剂热合成A 人工水晶的合成 石英（水晶）的结构由SiO44- 四面体彼此以顶角相连，形成多种晶形。石英具有压电效应。 合成体系中加入加入矿化剂NaOH溶液，Na+、OH-参与了晶面活化作用 第二十七张，PPT共三十页，创作于2022年6月/ 3028水热法合成石英的装置结晶区330350溶解区360380 第二十八张，PPT共三十页，创作于2022年6月/ 3029B 沸石分子筛的合成