化学前沿课件

1、(最新整理)化学前沿2021/7/261化学前沿理化学院2021/7/262化学无所不在，所以化学的对象也几乎无所不包。传统上，根据研究对象和方法的不同一般把化学分为5个分支领域，即无机化学、有机化学、分析化学、物理化学和高分子化学。2021/7/263一、无机化学无机化学是研究无机化合物的性质及反应的化学分支。无机化合物包括除碳链和碳环化合物之外的所有化合物，因此，无机化合物种类众多，内容丰富。 1. 概述2021/7/264人类自古以来就开始了制陶、炼铜、冶铁等与无机化学相关的活动。到18世纪末，由于冶金工业的发展，人们逐步掌握了无机矿物的冶炼、提取和合成技术，同时也发现了很多新元素。 2

2、021/7/265到19世纪中叶，已经有了统一的原子量数据，结束了原子量的混乱局面。虽然当时人们已经积累了63种元素及其化合物的化学及物理性质的丰富资料，但是这些资料仍然零散而缺乏系统。 2021/7/266为此，德国学者Debereiner, Meyer、法国学者de Chancourrois以及英国学者Newlands,Odling等先后做了许多元素分类的研究工作。1871年，俄国学者Mendeleev发表了“化学元素的周期性依赖关系”一文并公布了与现行周期表形式相似的Mendeleev周期表。 2021/7/267元素周期律的发现奠定了现代无机化学的基础。元素的周期性质是人们在长期科学实

3、践活动中通过大量的感性材料积累总结出来的自然规律，它把自然界的化学元素看做一个有内在联系的整体。正确的理论用于实践会显示出其科学预见性。 2021/7/268按周期律预言过的15种未知元素，后来均陆续被发现；按周期律修改的某些当时公认的原子量，后来也都得到证实，如In, La, Y, Er, Ce, Th等。1961年，原子序数由1-103的元素全部被发现，它们填满了周期表的第一至第六周期的全部以及第七周期的前面16个位置。 2021/7/2691969年发现了104元素，1970年105。106(1974年)、107(1981年)、108(1986年)、109(1982年)、110(1994

4、年)、111(1995年)、112(1996年)和114(1998年)等。人类究竟还能发现多少新元素？据核物理理论的预测，175号元素可以稳定存在，当然这种预测是否正确还需要实验的验证。 2021/7/2610至今耕耘周期系来发现和合成新化合物仍是化学科学的传统工作。 20世纪以来，由于化学工业及其他相关产业的兴起，无机化学又有了更广阔的舞台。如航空航天、能源石化、信息科学以及生命科学等领域的出现和发展，推动了无机化学的革新步伐。 2021/7/2611在过去30年里，新兴的无机化学领域有无机材料化学、生物无机化学、有机金属化学、理论无机化学等等。这些新兴领域的出现，使传统的无机化学再次焕发出

5、勃勃生机。 2021/7/26121. 无机碳化学二、无机化学研究前沿（1）概述 有人预言，21世纪是“超碳时代”。理由是金刚石的人工合成、碳纤维的开发应用、石墨层间化合物的研究、富勒烯(碳笼原子簇)及线型碳的发现及研究都取得了令人瞩目的进展。2021/7/2613 这些以单质碳为基础的无机碳化学给人们展现了无限的想象空间。 IBM表示将开发在碳纳米管上融合一片集成电路的器件。 该技术有望加快下一代芯片产品的面世。 2021/7/2614 美国贝尔实验室的研究小组使用富勒烯在较高温度下(117K)制造出了电阻为零的有机超导体。2021/7/2615 在学术界，一般认为金刚石、石墨、碳笼原子簇、

6、线型碳是碳的几种同素异形体。（2）碳单质及其衍生物金刚石，原子晶体，碳原子以sp3杂化成键2021/7/2616 石墨，混合键型或过渡型晶体，碳原子间以sp2杂化成键；无定形碳和碳黑都是微晶石墨2021/7/2617 富勒烯(碳笼原子簇)，分子晶体，碳原子间以s0.305p0.695杂化轨道成键(3条键) ；碳原子上还有1条键(s0.085p0.915)；2021/7/2618线型碳，分子晶体，碳原子间以sp杂化成键。 其化学稳定性为： 线型碳石墨金刚石富勒烯。2021/7/2619 金刚石 金刚石主要用于精密机械制造、电子工业、光学工业、半导体工业及化学工业。 天然金刚石稀少，只限于用作装饰

7、品，因此人工合成金刚石正在成为碳素材料中的重要研究开发领域。2021/7/2620 金刚石的合成 金刚石合成已有四十多年的历史。已报道的合成方法大致可分为两类：石墨转化法和气相合成法。2021/7/2621 常温常压下石墨转化为金刚石是非自发的，但在高温高压(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。石墨转化法 石墨转化法可分为静态超高压高温法和动态法两种。2021/7/2622静态超高压高温法：用高压设备压缩传压介质产生310GPa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稳定的高温高压条件，易于控制。该法可得

8、到磨料级金刚石，但设备技术要求高。2021/7/2623为了获得粒度较大的优质金刚石单晶，普遍采用过渡金属(Ni，Fe，Co等)及其合金作触媒，保持约5GPa的压力、1500K的温度到一定的时间，使石墨转化金刚石。要获得优质粗粒的金刚石单晶，一般用石墨片与触媒片交替组装的方式。2021/7/2624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。2

9、021/7/2625 石墨转化法所得的金刚石往往是细粒乃至粉末，使用时往往需烧结。此外，产品中还含有未反应的石墨、催化剂等杂质，因此还需提纯。这种产品主要用于精密机械制造领域。2021/7/2626气相合成法(CVD法)气相法是用含碳气态物质作碳源，产物往往是附在基体上的金刚石薄膜。研究表明，含碳气态物质在一定高温分解出的甲基自由基，甲基自由基相当于金刚石的活性种子。因为金刚石中的碳处于sp3杂化状态，甲基中的碳也处于sp3杂化状态，甲基自由基分解后便以金刚石的形式析出。2021/7/2627气相法成功地制成了膜状金刚石，使金刚石的应用范围大大扩展，因为高温高压合成的金刚石及天然金刚石的应用只

10、是利用其高硬度特性，其他优异的特性均因形态的限制而未能得到很好的开发和利用。膜状金刚石必然会进入半导体工业、电子工业及光学等领域。2021/7/2628 国际化学界权威学术刊物美国化学会志(J. Am. Chem. Soc.)刊发了中国科技大学陈乾旺教授领导的研究组的论文“低温还原二氧化碳(CO2)合成金刚石” 。最新进展2021/7/2629 他们自己研制高压反应釜进行实验，用安全无毒的二氧化碳作原料，使用金属钠作为还原剂，在440和800个大气压的条件下，经过12小时的化学反应，终于成功地将CO2还原成了金刚石。2021/7/2630 目前，已能生长出1.2毫米的金刚石，有望达到宝石级，产

11、物外观无色、透明，可与天然金刚石媲美 CO2转化金刚石的产率达8.9%，工艺重复性好，结果日前已申请国际专利。2021/7/2631 石墨及其石墨层间化合物 石墨具有层状晶体的结构。在晶体中，C原子采用sp2杂化轨道成键，彼此间以键连接在一起，同时在同一层上还有一个大 键。同一层的碳CC键长143 pm，层与层之间的距离为335 pm。 石墨2021/7/2632669.6 pm 245.6pm335 pm143pm2021/7/2633 石墨的碳原子层间有较大的空隙，容易插入电离能小的碱金属和电子亲和能大的卤素、卤化物及酸等，形成石墨层间化合物(GIC)。 石墨层间化合物2021/7/263

12、4 石墨层间化合物的类型：石墨层间化合物按基质嵌入物间的化学键分类，分为离子型和共价型两大类。 离子型化合物，碱金属之类的插入物形成向石墨提供电子的层间化合物，称为施主型；插入物为卤素、卤化物时，形成从石墨得到电子的层间化合物，称为受主型化合物。2021/7/2635 高温直接氟化反应得到的氟化石墨及由HClO4等强氧化剂在100 以下的低温合成的氧化石墨(含O及OH)，基质嵌入物间具有共价键，称共价型层间化合物。2021/7/2636 合成方法主要有直接合成法和电化学法。 直接合成法是使石墨与反应物直接接触反应。 电化学法是将石墨作为阳极，反应物的电解质溶液作电解液进行电解而制备石墨层间化合

13、物的方法。应用 石墨层间化合物的合成2021/7/2637 离子型石墨层间化合物中碳原子基本保持石墨的平面层状结构，插入层的层间距增大，未插入层的层间距无变化。 石墨层间化合物的结构 石墨层间化合物按插入层的分布分为不同的阶数。2021/7/2638 一阶化合物每隔1个碳原子层插入1层反应物，如C8K； 二阶为每隔2层插入1层反应物，如C24K； 三阶为每隔3层插入1层反应物，如C36K 依此类推。据报道已有阶数为15的层间化合物。2021/7/26392021/7/2640 在共价型石墨层间化合物中，嵌入物与基质碳原子间的化学键是共价键。一般而言，石墨的层平面要变形。 例如氟化石墨，其碳原子

14、层是折皱的，折皱面内各碳原子以sp3杂化轨道与其他3个碳原子及1个氟原子结合，CC键长与一般CC单键相等，层间距为730pm，比未插入层增大一倍多。2021/7/26412021/7/2642 石墨层间化合物的性质因嵌入物不同、阶数不同而不同，其功能及应用是多方面的，主要可用于：轻型高导电材料、电极材料、新型催化剂、固体润滑剂、贮氢及同位素分离材料、防水防油剂等。 石墨层间化合物的功能与应用2021/7/2643 电极材料石墨间隙化合物的电阻比石墨本身还低，在垂直方向降低了约10倍，沿石墨层水平方向降低了近100倍。而且间隙化合物具有与真正的金属一样的电阻，即电阻率随温度升高而升高。石墨层间化

15、合物适宜作电极。以氟化石墨为正极，锂为负极的一次电池已工业化。2021/7/2644 轻型高导电材料石墨层间化合物的电导率比石墨更高，有的超过了铜(电导率为5.3107 Sm-l)，且这些物质的密度比一般金属低，故作为轻型导电材料受到青睬。2021/7/2645 固体润滑剂用氟化石墨作固体润滑剂，具有在高温、真空或氧化还原气氛中保持好的润滑性能的优点(而一般的石墨存在润滑性能下降的缺陷)。这是由于氟化石墨的层面由CF键构成，其表面能极小，容易滑动之故。2021/7/2646 贮氢及同位素分离材料钾、铷、铯等碱金属的石墨层间化合物在一定温度下能化学或物理吸附氢。如C8K吸附氢生成C8KHx(0

16、x2)，且离解温度及离解能低，吸附与解吸完全可逆，达平衡的时间短，因而可作贮氢材料。更有趣的是这种吸附对氢、氖、氦有选择性，可用于氢同位素分离。2021/7/2647 新型催化剂如C8K作乙烯、苯乙烯等聚合反应的催化剂，石墨钾FeCl3三元层间化合物作H2和N2为原料合成氨的催化剂，350 下1h转化率可达90 %。2021/7/2648 防水防油剂如氟化石墨的表面自由能和聚四氟乙烯相近或略低，显示了极强的疏水性。因此，可利用此疏水性预防因水而引起的润滑和污染附着。在镀镍时，如使Ni和氟化石墨共析，可得防水性极强的金属表面。2021/7/2649 石墨复合磁粉将铁盐插入石墨层间可制得石墨复合磁

17、粉，其磁性能优于-Fe2O3磁粉，用作磁记录介质，可增大对带基附着力、减小对磁头的磨损、提高其防潮性能及温度稳定性。2021/7/2650 碳纤维 碳纤维是由有机纤维经炭化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维的微观结构类似人造石墨，是乱层石墨结构。2021/7/2651 目前应用较普遍的碳纤维主要是聚丙烯腈碳纤维和沥青碳纤维。 碳纤维的制造包括纤维纺丝、热稳定化(预氧化)、炭化及石墨化等4个过程。其间伴随的化学变化，包括脱氢、环化、氧化及脱氧等。 碳纤维的制备2021/7/2652 碳纤维具有模量高、强度大、密度小、耐高温、抗疲劳、抗腐蚀、自润滑等优异性能。从航天、航空、航海等高技术产业到

18、汽车、建筑、轻工等民用工业的各个领域正逐渐得到越来越广泛的应用。主要用于导电、隔热、过滤等方面。 碳纤维的性质及其应用2021/7/2653 碳纤维增强复合材料作结构材料。可作飞机的尾翼或副翼, 通信卫星的天线系统和导波管、航天飞机的货舱门、燃料箱、助推火箭的外壳。在建筑方面，可作碳纤维增强水泥地板，并有取代钢筋的可能性。 作为非结构材料，碳纤维复合材料可作密封材料、耐磨材料、隔热材料、电极材料。2021/7/2654 在原子能工程上用碳纤维。石墨复合材料作铀棒的幕墙材料, 不仅可以防止铀棒的辐射变形, 使其对中子的吸收截面变小, 反射中子能力增强, 而且在光氧条件下能耐3000 以上的高温。

19、2021/7/2655 将碳纤维进行活化处理，得到活性碳纤维，是已知的比表面积最大的物质之一(2500 m2g-1)，被称为第3代活性炭，作为新型吸附剂具有重要的应用前景。 在医学上，碳纤维增强型塑料是一种理想的人工心肺管道材料，也可作人工关节、假肢、假牙等。2021/7/2656 富勒烯 1985年，英国Sussex大学的H. W. Kroto等人用激光作石墨的气化试验发现了C60，这是一种由60个碳原子组成的稳定原子簇。此后又发现了C50、C70、C240乃至C540等，它们都具有空心的球形结构，属于笼形碳原子簇分子。2021/7/2657 由于C60的结构类似建筑师Buckminster

20、 Fuller设计的圆顶建筑，因而称为富勒烯(Fullerend)，也有布基球、足球烯、球碳、笼碳等名称。 C60是20世纪的重大科学发现之一。Kroto等人因此而荣获1996年诺贝尔化学奖。2021/7/26582021/7/2659 以C60为代表的富勒烯均是空心球形构型，碳原子分别以五元环和六元环而构成球状。如C60就是由12个正五边形和20个正六边形组成的三十二面体，像一个足球。 富勒烯的结构特点 2021/7/2660 每个五边形均被5个六边形包围，而每个六边形则邻接着3个五边形和3个六边形。 富勒烯族分子中的碳原子数是28、32、50、60、70 240、540等偶数系列的“幻数

21、”。 富勒烯的结构特点 2021/7/26612021/7/2662 C60分子中碳原子彼此以键键合，其杂化轨道类型介于sp2与sp3之间，平均键角为116。碳原子上剩余的轨道相互形成大键。相邻两六元环的CC键长为138.8 pm，五元环与六元环共用的CC键长为143.2 pm。 C70为椭球形，C240及C540与C60的差别更大一些，但都是笼形空心结构。2021/7/26632021/7/2664 1985年以激光气化石墨法只能制取几毫克的C60，不足以开展大量的研究。直到1990年，C60的合成才取得突破。目前C60的合成法主要有两种。 C60的合成2021/7/2665石墨气化法电弧放

22、电法气化石墨，每小时可气化10g，产物是一种黑色粉末，是C60和C70的混合物。用升华法、色谱法等可得到纯的C60和C70。 纯碳燃烧法在573673 K真空中加热特制的炭黑，收集蒸气凝结成的固体，制得C60和C70。2021/7/2666 从化学和材料科学的角度来看，富勒烯具有重要的学术意义和应用前景，其中最早令人关注的是金属掺杂富勒烯的超导性。 富勒烯的应用前景 由于室温下富勒烯是分子晶体，C60的能带结构表明是半导体，能隙为1.5eV。但经过适当的金属掺杂后，都能变成超导体。2021/7/2667 掺杂富勒烯超导体有两个特点： 一是与一维有机超导体和三维氧化物超导体不同，掺杂富勒烯超导体

23、是各向同性非金属三维超导体；二是超导临界温度Tc比金属超导体高，如掺杂I的IxC60的Tc已达57 K。2021/7/2668下表列出一些富勒烯衍生物超导体及其临界温度。2021/7/2669 光学性质C60具有非线性光学性质，随着光强不同，它对入射光的折射方向也发生改变。C70能把普通光转化成强偏振光，因此C70有可能用作三维光学电脑开关，可能用于光纤通讯。2021/7/2670 医学领域某些水溶性C60衍生物具有生物活性。二氨基二酸二苯基C60具有抑制人体免疫缺损病毒酶HIVP的功效，因此有可能从富勒烯衍生物中开发出一种治疗艾滋病的新药。 还有报道，一种水溶性C60脂质体包结物，与体外培养

24、的人子宫颈癌细胞融合后以卤素灯照射，对癌细胞具很强的杀伤能力。2021/7/2671 还有报道，一种水溶性C60脂质体包结物，与体外培养的人子宫颈癌细胞融合后以卤素灯照射，对癌细胞具很强的杀伤能力。 C60能承受20Gpa的静压，可用于承受巨大压力的火箭助推器。 C60的球形结构，可望成为超级润滑剂。2021/7/2672 根据C60的磁性和光学性质，C60有可能作光电子计算机信息存储的元器件材料。 总之，富勒烯的应用前景十分诱人，但要获得广泛的应用还有许多问题需要解决。例如，富勒烯及其衍生物的合成必须有新的突破，因为目前成功的合成法所得的富勒烯成本是很高的，很大程度地限制了其应用的研究开发。

25、2021/7/2673 线型碳 很长时间以来，人们认为碳的同素异形体仅有层间结构的石墨和立体结构的金刚石，石墨的碳原子以sp2杂化轨道成键，后者以sp3杂化轨道成键。2021/7/2674 1968年，前西德科学家在Riss火山口的石墨片麻岩中发现了与石墨层交替出现的薄膜线型碳，后来又在含碳球粒陨石和星际粉尘中发现了多种结晶形态的线型碳。由于理论上预言线型碳可能是一种室温超导体及超强纤维材料，因而很大程度上激励了各国研究者的研究热情。2021/7/2675 前苏联化学家以乙炔氧化缩聚合成了线型碳分子，并把它命名为卡拜(Carbyne)，源自分子中的共轭三键结构。其实线型碳还有另一种键联形式，即

26、累积双键型，前者称为-卡拜，后者称-卡拜。2021/7/2676 在有关文献中，也有不少用线型碳“Linear carbon”的名称，以示其碳原子为sp 杂化轨道彼此键联而成的线型结构。为避免与卡宾及卡拜配合物混淆，美国化学文摘中线型碳的主题词是Carbyne (polymer)。2021/7/2677 线型碳合成法很多，可以归纳为3种：石墨转化法、有机高分子还原脱氢或卤化氢法和炔烃氧化缩聚法。 线型碳的制备 2021/7/2678据报道，天然的线型碳为六方晶系，有7种晶格。合成的线型碳多为黑色的无定形态，不溶于任何已知的有机及无机溶剂，这给结构研究带来很大的困难。 由于合成上的困难及难溶性，

27、有关线型碳化学性质的研究很少。2021/7/2679 线型碳的应用 线型碳的惰性及结构特征使其可能成为优于碳纤维的超强纤维。线型碳对生物体的亲合性优于高分子材料，可能成为性能优异的生物医学材料。有报道，俄罗斯科学家已将线型碳用作外科手术的缝合线及人造动物器官，并申请了发明专利。2021/7/2680 线型碳可能提供一个非高温高压条件下合成金刚石的新途径。至于令人关注的常温超导性，尽管至今的实验结果令理论工作者失望，但须说明的是已报导的人工合成线型碳并非直线型的高分子线型碳。如果能够合成无限长链的直线型-线型碳晶体，就可能解开这个谜。2021/7/2681（3）纳米碳管 2021/7/2682

28、1991年1月由日本NEC公司的物理学家饭岛澄男使用高分辨率分析电镜从电弧法生产的碳纤维中发现碳纳米管。 科学家们预测碳纳米管将成为21世纪最有前途的一维纳米材料，纳米电子器件材料和新一代平板显示材料。 2021/7/2683 碳纳米管是由石墨中的的碳原子卷曲而成的管状的材料，管的直径一般为几纳米(最小为1纳米左右)到几十纳米，管的厚度仅为几纳米。 2021/7/2684 实际上，碳纳米管可以形象地看成是类似于极细的铁丝网卷成的一个空心圆柱状的长“笼子”。碳纳米管的直径十分微小，十几万个碳管排起来才有人的一根头发丝宽； 而碳纳米管的长度却可到达一百微米。2021/7/26852021/7/26

29、862021/7/2687 根据组成碳纳米管管壁中碳原子层的数目，碳纳米管可被分为单层碳管和多层碳管。 碳纳米管的实际结构比理想模型复杂得多，它是由理想同心石墨片圆柱形结构，而很多是卷曲石墨结构，结构中存在大量位错，而且横截面是多边椭圆形。 碳纳米管的结构2021/7/26882021/7/2689目前，人们可以用电弧放电法、激光蒸发法和有机气体催化热解法来大量制备碳纳米管。 碳纳米管的制备技术仍有三方面难题： 目前的产物多呈杂乱分布，碳纳米管之间相互缠绕，难以分散； 碳纳米管的制备2021/7/2690 用电弧放电法制备的碳纳米管被烧结成束，束中存在很多非晶碳等杂质； 目前制备的碳纳米管的长

30、度只有几十微米，只能用扫描隧道显微镜和原子力显微镜等非常规方法来测量其物理性能，给实验测量带来极大困难。2021/7/2691从1992年起，中国科学院物理所解思深研究员开始利用放电法和化学方法制备碳纳米管。2021/7/26921995年发明了一种在孔内含有纳米催化剂颗粒的、多孔的二氧化硅的衬底上生长定向碳纳米管的方法（已获中国发明专利），制备出大面积、高密度、离散分布的定向碳纳米管。管径均匀为20纳米，管间距为100纳米，管长约为100微米。这一研究工作，于1996年在 “Science”上发表。2021/7/2693纳米碳管有许多特异的物理性能。如纳米碳管的热导与金刚石相近，电导高于铜。

31、但纳米碳管的应用研究还在探索阶段： 碳纳米管的应用2021/7/2694 高强度碳纤维理论计算表明，纳米碳管的抗张强度比钢高100倍，但重量只有钢的六分之一。其长度是直径的几千倍，5万个并排起来才有人的一根头发那么宽，因而号称“超级纤维”。 2021/7/2695 复合材料近年的研究表明，纳米碳管与介孔固体(孔径在250 nm的多孔固体)组装，形成介孔复合体，将是一种特殊性能的新型材料。2021/7/2696 纳米电子器件美国已用纳米碳管成功地制备了纳米碳化钛、碳化铁、碳化铝等纳米棒，在纳米碳化铌棒中还发现了超导现象。 我国利用碳纳米管研制出新一代显示器。这种显示器不仅体积小、重量轻、省电、显

32、示质量好，而且响应时间仅为几微秒，从-4585 都能正常工作。2021/7/2697 催化纤维和膜工业碳纳米管“列阵”制成的取向膜，可被用作场发射器件，也可被制成滤膜，由于膜也为纳米级，可对某些分子和病毒进行过滤，从而使超滤膜进入一个崭新的天地。2021/7/2698 Berkely实验室材料科学部(MSD)的物理学家Alex Zettl， 合成出需要借助于电子显微镜才能看到的世界最小的人造轴承和机械开关、世界最小的室温二极管。产物借助碳纳米管合成，其直径仅有几个纳米大小。2021/7/26992021/7/261002. 无机高分子化合物2021/7/26101 无机高分子物质也称为无机大分

33、子物质，它与一般低分子无机物质相比具有如下特点：（1）无机高分子化合物概述2021/7/26102 由多个“结构单元”组成； 相对分子质量大； 相对分子质量有“多分散性” ； 分子链的几何形状复杂。2021/7/26103 无机高分子物质的分子则可由其他多种元素的原子构成主链。 完全由同一种元素构成的主链叫做“均链”。 由不同种元素的原子构成的主链叫做杂链。原子间主要靠共价键(包括配位键)互相结合。2021/7/26104（2）无机高分子化合物的分类 均链高分子物质：由同一种元素的原子构成其主链。 如： 链状硫 SSS 按照主链结构分类2021/7/26105 杂链高分子物质：主链由不同种元素

34、的原子构成，如：聚磷腈化合物 PNPN 分子筛 OSiOAl/Ti/Fe H H H 聚硅烷 SiSiSi H H H2021/7/26106 一维高分子物质结构单元按线型连接，所以也称为链状无机高分子物质。 二维高分子物质结构单元是在平面上连接，形成平面型大分子。平面分子相互按一定规律重叠构成晶体，所以也称为层状高分子物质。 按照高分子物质的空间因次分类2021/7/26107 三维高分子物质结构单元是在三维空间方向上连接，所以也称为骨架型(或网络型)高分子物质。 2021/7/26108 分子筛是多孔材料的一种，传统硅铝骨架的分子筛也被称为沸石，沸石分子筛。（3）分子筛 1. 分子筛起源

35、分子筛起源 2021/7/26109 1756年，瑞典科学家A. F. Cronstedt将一种矿物进行焙烧时发现有气泡产生，类似于液体的沸腾现象，因此将其命名为 “沸石” 。这就是沸石分子筛名字的由来。 在长期的实践活动中人们对天然沸石的一些性质有了一定的认识，其中包括沸石矿物具有可逆的脱水作用，即沸石脱水后又能重新吸附水。2021/7/26110 后来人们发现沸石是自然界中广泛存在的一类矿物，其结构有多种多样。如方沸石、斜发沸石、蚀沸石、毛沸石、片沸石等。迄今为止，已经有40余种天然沸石结构被发现。但是经国际沸石学会认定并命名的天然沸石结构还不及30种。2021/7/26111STIMAZ

36、2021/7/26112（2）人工合成分子筛的研究 人工合成分子筛最早采用的合成方法是模仿天然沸石的地质生成条件，采取高温水热合成技术 (高压大于10MPa和高温高于 200 )进行合成。2021/7/26113 上世纪50年代，美国联合碳化物公司(UCC)的Milton, Breck和Sand等人，在硅铝酸盐凝胶中加入碱金属或碱土金属氢氧化物，采用低温水热合成技术（反应温度为 25-150，通常为 100和自生压力），成功地合成出了一系列低硅铝比与中硅铝比（Si/Al2.5）沸石：A型、X型、L型和Y型沸石以及丝光沸石等。2021/7/26114 这一类分子筛具有较高的离子交换性能，优良的亲

37、水性和酸性，因而被应用于离子交换、吸附等领域。这一类沸石分子筛通常被称为第一代分子筛。 2021/7/261152021/7/261162021/7/26117 二十世纪六十年代，美国Mobil 公司的科学家们开始将有机胺及季胺盐引入沸石分子筛的水热合成体系，开创了模板法合成沸石分子筛的新路线，合成出了一批高硅铝比沸石，以ZSM-n系列沸石分子筛为代表。 2021/7/261182021/7/26119 这一类高硅分子筛具有较好的催化性、水热稳定性、较高的抗腐蚀性等优点，被广泛的应用于石油加工、精细化工等催化领域，这类分子筛通常被称为第二代分子筛。2021/7/26120 1982 年，美国

38、U.C.C.公司的 Wilson S. T. 与 Flanigen E. M. 等成功合成出磷酸铝系列分子筛AlPO4-n（n 为编号），其骨架首次不含硅氧四面体，而由铝氧多面体(AlO4、AlO5和AlO6)与磷氧四面体交替连接而成。这在多孔材料的发展史上是一个重要的里程碑。迄今为止，合成的微孔及层状磷酸铝已近百种，至少有四十种结构。2021/7/26121VPI-5(12元环)JDF-20(20元环)2021/7/26122 和磷酸铝类似， 分子筛骨架中的硅和铝也可以被其它元素取代，生成结构多样的杂原子分子筛，在催化等领域进行应用。2021/7/26123 大孔道的分子筛也可以掺杂微孔分子筛，从