纳米材料与制备05.pdf

1.3 水热与溶剂热法(hydrothermal and sollvothhermal)l) 水热法水热法：是指在是指在密闭体系密闭体系中中，以以水水做溶剂做溶剂，在在一定定温度温度 (100-1000℃)和压强(1-100MPa)条件下，利用溶液中物质化 学反应所进行的合成。 溶剂热法：是在水热法的基础上发展起来的一种新方法，将 水热法中的水热法中的水换成有机溶剂水换成有机溶剂 (如如：醇类醇类、有机胺有机胺、四氯化碳四氯化碳 或苯等) 。用以制备在水溶液中难以生长、易氧化、易水解或 对水敏感的材料，如碳化物、硼化物、氟化物等。 水热与溶剂热水热与溶剂热合成与固成与固相合成成的差别在别在于“反应性性”不同。 这种“反应性”不同主要反映在反应机理上，固相反应的 机理主要以界面扩散为其特点机理主要以界面扩散为其特点，而水热与溶剂热反应主要而水热与溶剂热反应主要 以液相反应为其特点。 通过水热与溶剂热反应可以制得固相反应无法制得的物相 或物种或物种，或者使反应在相对温和的溶剂热条件下进行或者使反应在相对温和的溶剂热条件下进行。 水热与溶剂热合成化学有如下特点 ①①由于在水热与溶剂热条件下反应物反应性能的改变由于在水热与溶剂热条件下反应物反应性能的改变、、活性的提高活性的提高，，水水 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。 ②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、特种凝聚态的新合成产物。 ③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。 ④水热与溶剂热的低温、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于控制产物晶体的粒度。 ⑤⑤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，因而有利于低价态因而有利于低价态、 中间价态与特殊价态化台物的生成，并能均匀地进行掺杂。 水热与溶剂热合成的反应类型 水热与溶剂热条件下典型的反应类型如下水热与溶剂热条件下典型的反应类型如下： (1) 水热氧化：Fe + H O FeO + H 2 n 2 (2) 水热沉淀：KF +CoCl2 KCoF2 (2)(2) 水热还原水热还原：CCuOO ++ HH CCu ++ HH OO 2 2 (3) 水热合成：Nd O + H PO NdP O 2 3 3 4 5 14 (4) 水热分解：FeTiO3 FeO + TiO2 (5)(5) 水热结晶水热结晶：：Al(OH)Al(OH) AlAl OO ••HH OO 3 2 3 2 在常温常压下在常温常压下一些从热力学看可以进行的反应些从热力学看可以进行的反应，，往往因往往因 反应速率极慢，以至于没有实际价值。但在水热与溶剂 热条件下可以使反应发生热条件下可以使反应发生，，与该条件下溶剂的物化性质与该条件下溶剂的物化性质 密切相关。 以水为例，在高温高压水热体系中，水的性质将产生下 列变化：蒸汽压升高、粘度下降、密度降低、离子积升 高、介电常数降低。 1.3.1 反应介质的性质变化 ((1)) 蒸气蒸气压升高升高 蒸气压是温度的函数，随着温度的升高蒸气压增大。 (2) 表面张力变小，粘度下降 在在500500 ℃℃，00.11 GPaGPa，水的