水热溶剂热.ppt

1、水热溶剂热合成法、水热和溶剂热合成法、第一节水热和溶剂热合成法发展第二节水热和溶剂热合成基第三节水热和溶剂热条件下介质的性质第四节水热和溶剂热合成原理第五节水热和溶剂热合成法自1900年以来，G.W. Morey和他的同事们在华盛顿地球物理研究所开始了相平衡研究，建立了水热法合成理论，研究了大量的矿物系统。1985年，Bindy在“Nature”杂志上首次在高压釜中用溶剂而不是水合成沸石的方法揭开了溶剂热合成的序幕。目前有超细颗粒、无机膜、单晶等无机功能材料、具有特殊赵寅成和结构的无机化合物和特殊冷凝材料。第2节，水热法和溶剂热合成标准，2.1水热法，水热法(Hydrothermal Synt

2、hesis)在特殊密封反应容器(蒸压)中使用水溶液作为反应介质，在反应容器中加热，使其相对高温(100-1000)，2.2根据水热法的分类、反应和研究目的，可分为用于生长各种单晶的水热法晶体生长、用于制造各种功能陶瓷粉末的水热法反应、完成某些有机反应或处理危害人类生活环境的某些有机废物的水热法烧结反应、在较低温度下完成某些陶瓷材料烧结的水热法烧结反应等。按反应设备分类的间歇水热法反应：作为反应容器的反应堆，间歇供给和产品获取，异常。管连续水热反应：以金属管作为反应容器，控制连续供应，获得产品。按反应温度分类中温中压：100-240，1-20MPa高温高压：240以上，20MPa以上，2.3水热

3、反应工艺，高压釜是高温高压水热法和溶剂热合成的基本设备，研究内容和水平在很大程度上取决于反应堆的性能和效果。为了在高压容器的材料选择上机械强度高，便于高温、耐蚀性和加工，高压容器一般采用特殊不锈钢制成，水壶内衬中含有Pt、Au等贵金属和聚四氟乙烯等耐酸材料。高压反应器，高压反应器分类，(1)密封分类：自紧蒸压，外紧蒸压；(2)根据密封机械结构分类：法兰、内部插头、大螺母、杠杆压力机；(3)强生成方法分类：内部压力罐(内部压力罐温度形成压力，可根据介质填充图计算压力)、外部压力罐(压力在壶外添加和控制)；(4)加热方法分类：外部热蒸压(在壶外加热)、内部热蒸压(在壶内安装加热电炉)；(5)按实验

4、系统分类：蒸压(封闭系统的实验)、流动反应器和扩散反应器(热高压下使溶液缓慢连续通过反应器，随时提取反应液的热启动系统实验)。简单高压反应器物理图、混合高压反应器装置图、工艺、罐、工艺、管、水热极限，此方法通常仅适用于氧化物功能材料或对水不敏感的几种硫化合物的制造和处理，而磷(砷)酸本身三维骨架结构材料的制造和处理则适用于对水敏感的其他化合物(水反应、水解、处理)，2.4溶剂热法、溶剂热法、水热法中的水变成有机溶剂或郑智薰水溶剂(如有机胺、酒精、氨、四氯化碳或苯等)，并使用与水热法类似的原理，在水溶液中不生长III-V半导体化合物、氮化物、硫化合物、新型磷(砷)酸分子筛三维骨架结构等。2.6水

5、热溶剂热法的特性，1)水热和溶剂热条件下物质的物理和化学反应性与一般条件相比有很大变化，反应物反应性能变化，活性增加，溶剂热条件下化学反应与正常有很大差异，其产物具有唯一性。在水热及溶剂热条件下的反应很难在通常的条件下发生。2)在热液和溶剂热条件下，容易产生中间状态、准稳态和特殊相，并能合成和开发特殊亚稳态结构、特殊冷凝状态的新产品。3)低熔点化合物，高蒸气压和熔体中不能产生的物质，高温分解相在水热法和溶剂热低温下结晶。(4)水热法和溶剂热的相对低温、等压、溶液条件几乎没有缺陷，方向好，作为完美的晶体，产品结晶度高，易于控制产品结晶度。(5)水热和溶剂热条件下的环境气氛易于调节(因为隔离空气)

6、，可以很容易地用低成本、中度、特殊的化合物制成，并且可以均匀地掺杂。在第三节、热液和溶剂热条件下，物质的化学行为与该条件下反应介质水或郑智薰水溶剂的物理和化学性质(如蒸气压、热扩散系数、粘度、介电常数、表面张力等)有密切关系。3.1水的特性，高温高压水热系统中水的特性变化如下：1)蒸汽压越高，2)密度越小。3)表面张力变小。4)粘度变小。5)离子乘积升高，6)介电常数随温度增加而减少，压力增加而增加。3.1.1离子乘积增加，水作为水热反应的介质，其活性增加，促进水热反应的进行。水的离子积随着p和t的增加而迅速增加。例如，在1000C、1GPa条件下进入水中的离子乘积Kw=10-7.85，H3O

7、和OH-浓度几乎与熔盐相似，在高温和高压水热条件下反应速度自然增加，根据Arrhenius方程，反应速度常数随着温度的增加显示为金志洙函数，因此在水的热条件下物质的反应性能大幅增加的主要原因是水的电离常数，3.1.2粘度和表面张力减少，水的粘度和表面张力随温度的增加而减少。例如，在300500C时，热液溶液的粘度约为91410-5Pa*s，在常温常压下，比水溶液的粘度低约2级，因此离子和分子的活动大大增加，在水热法溶液中通过非常有效的扩散，使水热法晶体比其他水溶液晶体增长得快。3.1.3介电常数的变化，随着温度的增加，水的介电常数减少，随着压力的增加而增加，介电常数减少影响水用作溶剂时的能力和

8、行为。例如，一般来说，电解质在水溶液中完全分解，而在水热条件下，随着温度上升，水的介电常数下降，电解质重新结合，更有效率地分解，对于大多数物质来说，这种变化经常发生在200500之间。增加3.1.4热扩散系数，3.1.5水的密度减少方法，3.1.6蒸汽压提高，压力的作用可以增加分子间碰撞的机会，加速反应，压力、温度、充电也密切相关(自生压力):工作条件下压力的大小取决于反应容器中溶剂的原始充填度，充填度通常为50%为宜。，3.3水的作用，概括来说，水在热条件下的主要作用是：(1)作为溶剂提高物质的溶解度，(2)压力传递介质的作用，(3)作为反应和重排的作用，(4)作为反应物时反应，溶剂在3.4溶剂热反应中的作用，溶剂作用，压力作用矿物剂对反应物的作用，化学选择3.5溶剂的原理是溶剂要保持临界