第6章 水热与溶剂热合成

1、1第第5 5章章 水热与溶剂热合成水热与溶剂热合成2 水热与溶剂热合成是无机合成化学的一个重要分支。水水热与溶剂热合成是无机合成化学的一个重要分支。水热合成研究最初从模拟地矿生成开始到沸石分子筛和其它晶热合成研究最初从模拟地矿生成开始到沸石分子筛和其它晶体材料的合成已经历了一百多年的历史体材料的合成已经历了一百多年的历史。无机晶体材料的无机晶体材料的溶溶剂热合成剂热合成研究近二十年发展起来的，主要研究近二十年发展起来的，主要指在非水有机溶剂指在非水有机溶剂热条件下的合成用于区别水热合成。热条件下的合成用于区别水热合成。热合成研究工作近百热合成研究工作近百年经久不哀并逐步演化出新的研究课题如水热

2、条件下的生命年经久不哀并逐步演化出新的研究课题如水热条件下的生命起源问题以及与环境友好的超临界氧化过程。起源问题以及与环境友好的超临界氧化过程。 在基础理论研究方面，从整个领域来看其研究重点仍然在基础理论研究方面，从整个领域来看其研究重点仍然是新化合物的合成，新合成方法的开拓和新合成理论的建立。是新化合物的合成，新合成方法的开拓和新合成理论的建立。人们开始注意到水热与溶剂热非平衡条件下的机理问题以及人们开始注意到水热与溶剂热非平衡条件下的机理问题以及对于高温高压条件下合成反应机理的研究。由于水热与溶剂对于高温高压条件下合成反应机理的研究。由于水热与溶剂热合成化学对技术材料领域的广泛应用，特别是

3、高温高压水热合成化学对技术材料领域的广泛应用，特别是高温高压水热与溶剂热合成化学的重要性，世界各国都越来越重视这一热与溶剂热合成化学的重要性，世界各国都越来越重视这一领域的研究。领域的研究。35.1 5.1 水热与溶剂热合成基础水热与溶剂热合成基础5.2 5.2 水热与溶剂热体系的成核与晶体生长水热与溶剂热体系的成核与晶体生长5.3 5.3 功能材料的水热与溶剂热合成功能材料的水热与溶剂热合成5.4 5.4 水热条件下的海底：生命的摇篮？水热条件下的海底：生命的摇篮？5.5 5.5 超临界水超临界水新型的反应体系新型的反应体系5.6 5.6 水热与溶剂热合成技术水热与溶剂热合成技术4第一节第一

4、节 水热与溶剂热合成基础水热与溶剂热合成基础51.1 1.1 合成化学与技术合成化学与技术 水热与溶剂热合成化学与溶液化学不同，水热与溶剂热合成化学与溶液化学不同，它是研究物质在高温和密闭或高压条件下溶液它是研究物质在高温和密闭或高压条件下溶液中的化学行为与规律的化学分支。中的化学行为与规律的化学分支。 水热与溶剂热合成是指在一定温度水热与溶剂热合成是指在一定温度(100-(100-1000)1000)和压强和压强(1-100MPa)(1-100MPa)条件下利用溶液中物条件下利用溶液中物质化学反应所进行的合成。质化学反应所进行的合成。61.1 1.1 合成化学与技术合成化学与技术 水热与溶剂

5、热合成与固相合成研究的差别在水热与溶剂热合成与固相合成研究的差别在于于“反应性反应性”不同。这种不同。这种“反应性反应性”不同主要不同主要反映在反应机理上，固相反应的机理主要以界反映在反应机理上，固相反应的机理主要以界面扩散为其特点，而面扩散为其特点，而水热与溶剂热水热与溶剂热反应主要反应主要以以液相反应为其特点。液相反应为其特点。 通过水热与溶剂热反应可以制得固相反应无通过水热与溶剂热反应可以制得固相反应无法制得的物相或物种，或者使反应在相对温和法制得的物相或物种，或者使反应在相对温和的溶剂热条件下进行。的溶剂热条件下进行。71.2 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

6、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难于进行的合成反应并产生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。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、特种凝聚态的新合成产物。特种介稳结构、特种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

7、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。条件下晶化生成。81.2 合成的特点合成的特点 水热溶剂热的低温、等压、溶液条件，有利于生水热溶剂热的低温、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于控制产物晶体的粒度。高以及易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，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、中间价态与特殊价态化台物的生成，因而有利于低价态、中间价态与特殊价

8、态化台物的生成，并能均匀地进行掺杂。并能均匀地进行掺杂。91.3 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。反应称为水热反应或溶剂热反应。水热与溶剂水热与溶剂热反应的基本类型总结如下：热反应的基本类型总结如下： (1)(1)合成反应合成反应 通过数种组分在水热或溶剂热条件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。例如：成各种多晶或单晶材料。例如：101.3 1.3 反应的基本类型反应的基本类型 (2)

9、(2)热处理反应热处理反应 利用水热与溶剂热条件处理一般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。例如：人工氟石晶体而得到具有特定性能晶体的反应。例如：人工氟石棉棉 人工氟云母。人工氟云母。 (3)(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。例如：长石和动力学稳定性差异进行的反应。例如：长石 高高岭石；橄榄石岭石；橄榄石 蛇纹石。蛇纹石。 (4)(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、沸石阳离子交换；硬水的软化、长石中的离子交换；石棉的长石中的离子交换；石棉的OHOH- -交换为交

10、换为F F- -。111.3 1.3 反应的基本类型反应的基本类型 (5)(5)单晶培育单晶培育 在高温高压水热与溶剂热条件下从在高温高压水热与溶剂热条件下从籽晶培养大单晶。例如籽晶培养大单晶。例如SiOSiO2 2单晶的生长，反应条件为单晶的生长，反应条件为0.5mol/L0.5mol/LNaOHNaOH，温度梯度，温度梯度410410300300，压力，压力120MPa120MPa，生长速率生长速率1 12mm/d2mm/d；若在反应介质；若在反应介质0.25mol/L0.25mol/LNaNa2 2COCO3 3中，中，则温度梯度为则温度梯度为400400370370，装满度为，装满度为

11、7070，生长速率，生长速率1 12.5mm/d2.5mm/d。 (6)(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在一定温度一定压力下物质脱水结晶的反应。例如的反应。例如121.3 反应的基本类型反应的基本类型 (7)(7)分解反应分解反应 在水热与溶剂热条件下分解化合物得在水热与溶剂热条件下分解化合物得到结晶的反应。例如到结晶的反应。例如 (8)(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( (或或矿物矿物) )中提取金属的反应。例如：钾矿石中钾的水热提中提取金属的反应。例如：钾矿石中钾的水热提取，重灰石中钨的水热提取。取，重灰石中钨的水热提

12、取。131.3 反应的基本类型反应的基本类型 (9)(9)氧化反应氧化反应 金属和高温高压的纯水、水溶液、有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。机溶剂得到新氧化物、配合物、金属有机化合物的反应。超临界有机物种的全氧化反应。例如：超临界有机物种的全氧化反应。例如： (10)(10)沉淀反应沉淀反应 水热与溶剂热条件下生成沉淀得到水热与溶剂热条件下生成沉淀得到新化合物的反应。例如新化合物的反应。例如: :141.3 反应的基本类型反应的基本类型 (11)(11)晶化反应晶化反应 在水热与溶剂热条件下，使溶胶、凝在水热与溶剂热条件下，使溶胶、凝胶胶(so

13、l(sol、gel)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)(12)水解反应水解反应 在水热与溶剂热条件下，进行加水分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。解的反应。例如：醇盐水解等。151.3 反应的基本类型反应的基本类型 (13)(13)烧结反应烧结反应 在水热与溶剂热条件下，实现烧结在水热与溶剂热条件下，实现烧结的反应。例如：制备含有的反应。例如：制备含有OH-OH-、F-F-等挥发性物质的陶瓷等挥发性物质的陶瓷材料。材料。 (14)(14)反应烧结反应烧结 在水热与溶剂热条件下同时进行化在水热与溶剂热条件下同时进行化学反应和烧

14、结反应。例如：氧化铬、单斜氧化锆、氧化学反应和烧结反应。例如：氧化铬、单斜氧化锆、氧化铝铝氧化锆复合体的制备。氧化锆复合体的制备。 (15)(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、特种复合材料的制备。材料的固化成型、特种复合材料的制备。16第二节第二节 水热与溶剂体系的成水热与溶剂体系的成核与晶体生长核与晶体生长172.1 2.1 成核成核 在水热与溶剂热条件下形成无机晶体的步骤是：在液相或液固界面上少量的反在液相或液固界面上少量的反应试

15、剂产生微小的不稳定的核，更多的物应试剂产生微小的不稳定的核，更多的物质自发地沉积在这些核上而生成微晶。质自发地沉积在这些核上而生成微晶。 因为水热与溶剂热生长的晶体不完全是离子的(如BaSO4或AgCl等)，它通过部分共价键的三维缩聚作用而形成。所以一般说来水热与溶剂热体系中生成的BaSO4或AgCl比从过饱和溶液中沉积出来更缓慢。182.1 2.1 成核成核成核的一般特性为成核的一般特性为：成核速率随着过冷程度即亚稳性的增加而增加成核速率随着过冷程度即亚稳性的增加而增加. .然而然而, ,粘粘性也随温度降低而快速增大性也随温度降低而快速增大. .因此因此, ,过冷程度与粘性影响过冷程度与粘性

16、影响成核速率方面具有相反的作用成核速率方面具有相反的作用. .这些速率随温度降低有这些速率随温度降低有一个极大值一个极大值. .存在一个诱导期存在一个诱导期, ,在此期间不能检测出成核在此期间不能检测出成核. .即使在过饱即使在过饱和的籽晶溶液中也形成亚稳态区域和的籽晶溶液中也形成亚稳态区域, ,在此区域里仍不能在此区域里仍不能检测出成核检测出成核. .一些研究发现成核发生在溶液与某种组分一些研究发现成核发生在溶液与某种组分的界面上的界面上. .因此因此, ,在适当条件下在适当条件下, ,成核速率随溶液过饱和成核速率随溶液过饱和程度增加得非常快程度增加得非常快. .组成的微小变化可引起诱导期的

17、显著变化组成的微小变化可引起诱导期的显著变化. .成核反应的发生与体系的早期状态有关成核反应的发生与体系的早期状态有关. .192.2 2.2 非自发成核体系晶化动力学非自发成核体系晶化动力学 假定有一个适合特定物种生长的良好条件，那么在该物种籽晶上的沉积生长是最有效的。 晶体生长通常具有如下特点：晶体生长通常具有如下特点： (1)(1)在籽晶或稳定的核上的沉积速率随着过饱和或过冷在籽晶或稳定的核上的沉积速率随着过饱和或过冷的程度而增加，搅拌常会加速沉积的程度而增加，搅拌常会加速沉积, ,不易形成大的单晶，不易形成大的单晶，除非在非常小的过饱和或过冷条件下进行。除非在非常小的过饱和或过冷条件下

18、进行。 (2)(2)由于晶化反应速率整体上是增加的，在各面上的不由于晶化反应速率整体上是增加的，在各面上的不同增长速率倾向于消失。同增长速率倾向于消失。 (3)(3)缺陷表面的生长比无缺陷的光滑平面快。缺陷表面的生长比无缺陷的光滑平面快。202.2 2.2 非自发成核体系晶化动力学非自发成核体系晶化动力学 (4)(4)在同样条件下，晶体的各个面常常以不同速率生在同样条件下，晶体的各个面常常以不同速率生长，高指数表面生长更快并倾向于消失。晶体的习性依长，高指数表面生长更快并倾向于消失。晶体的习性依赖这种效应并为被优先吸附在确定品面上的杂质如染料赖这种效应并为被优先吸附在确定品面上的杂质如染料所影

19、响，从而减低了这些面上的生长速率所影响，从而减低了这些面上的生长速率. . (5)(5)在持定表面上无缺陷生长的最大速率随着表面积在持定表面上无缺陷生长的最大速率随着表面积的增加而降低，此种性质对在适当的时间内无缺陷单晶的增加而降低，此种性质对在适当的时间内无缺陷单晶的生长大小提出了限制。的生长大小提出了限制。21第三节 功能材料的水热与溶剂热合成223.1 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。 水热合成是沸石分子筛经典和适宜的方法之一。23

20、3.1 介稳材料的合成介稳材料的合成 溶剂热合成沸石分子筛是从溶剂热合成沸石分子筛是从19851985年年BibbyBibby和和DaleDale在乙二醇在乙二醇(EG)(EG)和丙醇体系中合成全硅方钠和丙醇体系中合成全硅方钠石开始的。石开始的。 Sugimoto Sugimoto等人，报道了在水和有机物如甲等人，报道了在水和有机物如甲醇、丙醇和乙醇胺的混合物中合成了醇、丙醇和乙醇胺的混合物中合成了ISIISI系列高系列高硅沸石。硅沸石。 1987 1987年，年，Van Erp WAVan Erp WA等人也报导了非水体等人也报导了非水体系中沸石的合成，所使用的溶剂有乙二醇、甘系中沸石的合成

21、，所使用的溶剂有乙二醇、甘油、油、DMSODMSO、环丁砜、环丁砜、C C5 5C C7 7醇、乙醇和吡啶。醇、乙醇和吡啶。243.2 人工水晶的合成人工水晶的合成 高温高压下，石英的生长过程为：培养基高温高压下，石英的生长过程为：培养基石英的溶解，以及溶解的石英的溶解，以及溶解的SiOSiO2 2向籽晶上生长两个向籽晶上生长两个过程。过程。 石英在石英在NaOHNaOH溶液中溶解反应的产物主要是溶液中溶解反应的产物主要是NaNa2 2SiSi2 2O O5 5、 NaNa2 2SiSi3 3O O7 7，以及它们的电离和水解产，以及它们的电离和水解产物。物。 NaNa2 2SiSi2 2O

22、O5 5、 NaNa2 2SiSi3 3O O7 7经电离和水解，在溶经电离和水解，在溶液中产生大量的液中产生大量的NaSiNaSi2 2O O5 5- -、 NaSiNaSi3 3O O7 7- -。因此，石。因此，石英的人工合成含下述两个过程：英的人工合成含下述两个过程：253.2 人工水晶的合成人工水晶的合成 溶质离子的活化溶质离子的活化 活化了的离子受生长体表面活性中心的吸活化了的离子受生长体表面活性中心的吸引引( (静电引力、化学引力和范德华引力静电引力、化学引力和范德华引力) )，穿过，穿过生长表面的扩散层而沉降到石英体表面。生长表面的扩散层而沉降到石英体表面。263.3 特殊结构

23、、凝聚态与聚集态的制备特殊结构、凝聚态与聚集态的制备 在水热与溶剂热条件下的合成比较容易控在水热与溶剂热条件下的合成比较容易控制反应的化学环境和实施化学操作。又因水热制反应的化学环境和实施化学操作。又因水热与溶剂热条件下中间态，介稳态以及特殊物相与溶剂热条件下中间态，介稳态以及特殊物相易于生成，因此能合成与开发特种介稳结构、易于生成，因此能合成与开发特种介稳结构、特种凝聚态和聚集态的新合成产物，如特殊价特种凝聚态和聚集态的新合成产物，如特殊价态化合物、金刚石和纳米晶等。态化合物、金刚石和纳米晶等。273.4 3.4 复合氧化物与复合氮化物的合成复合氧化物与复合氮化物的合成 复合氧化物与复合氮化

24、物陶瓷粉末的水热复合氧化物与复合氮化物陶瓷粉末的水热或溶剂热合成，是一种比高温固相反应温和自或溶剂热合成，是一种比高温固相反应温和自低温合成路线。因为溶剂、温度和压力对离子低温合成路线。因为溶剂、温度和压力对离子反应平衡的总效果可以稳定产物同时抑制杂质反应平衡的总效果可以稳定产物同时抑制杂质生成，所以水热或溶剂热合成以单一步骤制备生成，所以水热或溶剂热合成以单一步骤制备无水陶瓷料末，不要求精密复杂装置和贵重的无水陶瓷料末，不要求精密复杂装置和贵重的试剂试剂。283.4 3.4 复合氧化物与复合氮化物的合成复合氧化物与复合氮化物的合成 与高温固态反应相比，水热合成氧化物粉与高温固态反应相比，水热

25、合成氧化物粉末陶瓷具有以下末陶瓷具有以下优势：优势：明显地降低反应温度和压力明显地降低反应温度和压力( (水热反应通常在水热反应通常在100100200200下进行下进行) )；能够以单一反应步骤完成能够以单一反应步骤完成( (不需研磨和焙烧步骤不需研磨和焙烧步骤) )；很好地控制产物的理想配比及结构形态；很好地控制产物的理想配比及结构形态；制备纯相陶瓷制备纯相陶瓷( (氧化物氧化物) )材料；材料；可以大批量生产。可以大批量生产。29第第4 4节节 水热条件下的海底水热条件下的海底: :生命的摇篮生命的摇篮 水热条件下生命起源的问题受水热条件下生命起源的问题受到广泛关注，目前的研究提供了微到

26、广泛关注，目前的研究提供了微生物学、地质学、分子系统树、海生物学、地质学、分子系统树、海洋考察等人面的证据洋考察等人面的证据. .30温暖的池塘温暖的池塘- -水热海底水热海底19521952年，芝加哥大学的米勒年，芝加哥大学的米勒( (Stanley Miller)Stanley Miller)根根据奥巴林的早期地球还原性大气圈假设，由据奥巴林的早期地球还原性大气圈假设，由CHCH4 4，NHNH3 3，H H2 2，H H2 20 0，在在放电情况下合成了多种氰基酸放电情况下合成了多种氰基酸等有机物。等有机物。2. 2. 随后有的学者用随后有的学者用HCNHCN合成了合成了5 5种碱基种碱

27、基，用甲醛合成，用甲醛合成了多种糖和氨基酸，还进行了核昔酸的无酶聚合了多种糖和氨基酸，还进行了核昔酸的无酶聚合实验。实验。 31温暖的池塘温暖的池塘- -水热海底水热海底3. “3. “温暖的池塘温暖的池塘”水热海底的化学进化水热海底的化学进化模型应运而生，即生命起源于地表，光和模型应运而生，即生命起源于地表，光和闪电闪电供能使无机水分子反应，得到有机小分子，供能使无机水分子反应，得到有机小分子，有机小分子在地表水中富集，随着水的蒸发，有机小分子在地表水中富集，随着水的蒸发，有机小分子浓度升高，进一步反应生成大分子，有机小分子浓度升高，进一步反应生成大分子，大分子自组织，最后演变为有复制功能，

28、有膜大分子自组织，最后演变为有复制功能，有膜的细胞形式。的细胞形式。 ( (第一种观点）第一种观点）32温暖的池塘温暖的池塘- -水热海底水热海底4.4.生命的水热起源模式大致模型如下：生命的水热起源模式大致模型如下：生命起始初期，地球处于强还原性环境，生命起始初期，地球处于强还原性环境，在板块构造活动带上有许多水热系统，海水与水在板块构造活动带上有许多水热系统，海水与水热活动喷出物之间存在物质与能量交换，形成热活动喷出物之间存在物质与能量交换，形成35003500的温床梯度和化学梯度，靠还原性物的温床梯度和化学梯度，靠还原性物质的氧化供能，驱使无机小分子向有机分子的非质的氧化供能，驱使无机小

29、分子向有机分子的非生物合成，从而逐步演化为生命形式，生物合成，从而逐步演化为生命形式，最初的生命形式过着厌氧的化学自养生活，最初的生命形式过着厌氧的化学自养生活，再向厌氧异养生活进化，生命之轮慢慢前进。再向厌氧异养生活进化，生命之轮慢慢前进。 （第二种观点）（第二种观点）33时间的证明与水热条件时间的证明与水热条件 人们研究地球早期的地理、化学条件，人们研究地球早期的地理、化学条件，发现地球起始于发现地球起始于4646亿年前左右。原始地球亿年前左右。原始地球温度很高，直到温度很高，直到3838亿年前还不断受到外行亿年前还不断受到外行星，慧星等猛烈撞击，火热的地球上千疮星，慧星等猛烈撞击，火热的

30、地球上千疮百病地球经脱气形成大气层。那时地表百病地球经脱气形成大气层。那时地表温度为温度为8585，直到，直到2020亿年前突然形成氧气。亿年前突然形成氧气。 34时间的证明与水热条件时间的证明与水热条件 要想在还原件气氛不强要想在还原件气氛不强( (富含富含COCO2 2，N N2 2) )，炙热的不断受行星撞击的地表开始生命前化炙热的不断受行星撞击的地表开始生命前化学合成无疑是相当困难的。而海底则可以提学合成无疑是相当困难的。而海底则可以提供生命起源的温床。供生命起源的温床。 oCoC 表明表明水热条件下生物生长非常快，生命在水热海水热条件下生物生长非常快，生命在水热海底的存在已是不争的事

31、实。底的存在已是不争的事实。35化学的阶梯：合成与进化化学的阶梯：合成与进化 1.1.无机物无机物 还原性很强的无机物，通过它的还原性很强的无机物，通过它的 氧化，起着驱动生命之轮的能源动力作用。氧化，起着驱动生命之轮的能源动力作用。2.2.有机小分子合成有机小分子合成 (1) (1)CHCH4 4的形成的形成 (2) (2)CHCH3 3COOHCOOH的形成的形成 (3) (3)碱基的合成碱基的合成 (4) (4)氨基酸合成的计算机模拟氨基酸合成的计算机模拟363.3.大分子形成大分子形成化学的阶梯：合成与进化化学的阶梯：合成与进化 374.4.神奇的矿物神奇的矿物5.5.超越化学超越化学

32、-Fe-SFe-S矿世界矿世界 德国学者德国学者Wachtershauster GWachtershauster G提出了由生提出了由生成成FeSFeS2 2带动的在带动的在FeSFeS矿表面进行的化学进化矿表面进行的化学进化理论。理论。19921992年，他描绘了以年，他描绘了以FeSFeS化合物为化合物为中心，化学自养的生命起源与进化的中心，化学自养的生命起源与进化的“清明清明上河图上河图”，认为由，认为由FeSFeS氧化生成氧化生成FeSFeS2 2提供了能提供了能量，驱使在量，驱使在FeSFeS矿表面上的矿表面上的COCO2 2与与N N2 2的还原的还原和固定。和固定。 化学的阶梯：

33、合成与进化化学的阶梯：合成与进化 38 他阐述了他阐述了C C一一S S键的化学，键的化学， 通过丰富的通过丰富的C-SC-S键的化学，经键的化学，经过加成、取代、过加成、取代、消除，产生了消除，产生了复杂的生物有复杂的生物有机分子。机分子。 化学的阶梯：合成与进化化学的阶梯：合成与进化 39图图515(515(b)b)显示了可能的氨基酸和脂肪酸的合成路线。显示了可能的氨基酸和脂肪酸的合成路线。 化学的阶梯：合成与进化化学的阶梯：合成与进化 40 通过近通过近3030年的研究，人们对生命的水热起源可年的研究，人们对生命的水热起源可能性有了相当深的认识，水热的海底可能孕育最原能性有了相当深的认识

34、，水热的海底可能孕育最原始生命的研究会继续下去。始生命的研究会继续下去。在没有阳光，没有氧气，在没有阳光，没有氧气，高温高压的还原性的水热条件下，从无机物到有机高温高压的还原性的水热条件下，从无机物到有机物的反应确实可以发生，生物可以生长繁殖。地热物的反应确实可以发生，生物可以生长繁殖。地热和化学能提供了能量，最初的生命是化学自养的和化学能提供了能量，最初的生命是化学自养的. .探索生命的水热起源对于寻找外星生命，从而扩探索生命的水热起源对于寻找外星生命，从而扩展人类的生存空间无疑具有重大意义。在水热起源展人类的生存空间无疑具有重大意义。在水热起源理论下实现水热条件下理论下实现水热条件下COC

35、O2 2的固定对于研究温室的固定对于研究温室效应，开发新能源也是有益的探索。效应，开发新能源也是有益的探索。 展望展望 41 高压容器是进行高温高压水热实验的高压容器是进行高温高压水热实验的基本设备。研究的内容和水平在很大程度基本设备。研究的内容和水平在很大程度上取决于高压设备的性能和效果。上取决于高压设备的性能和效果。 在高压容器的材料选择上在高压容器的材料选择上，要求机械强度大、要求机械强度大、 耐高温、耐腐蚀和易加工。耐高温、耐腐蚀和易加工。 在高压容器的设计上，要求结构简单，便于在高压容器的设计上，要求结构简单，便于 开装和清洗、密封严密、安全可靠。开装和清洗、密封严密、安全可靠。第第6 6节节 水热与溶剂热合成技术水热与溶剂热合成技术 425.6.1 反应釜反应釜一一 分类分类 (1) (1)按密封方式分类：按密封方式分类：自紧式高压釜；外紧式高压釜。自紧式高压釜；外紧式高压釜。 (2) (2)按密封的机械结构分类：按密封的机械结构分类：法兰盘式；内螺塞式；法兰盘式；内螺塞式；大螺帽式；杠杆压机式。大螺帽式；杠杆压机式。 (3)(3)按压强产生分类：按压强产生分类：内压釜：靠釜内介质加温形成压内压釜：靠釜内