第2章-水热与溶剂热合成.pptVIP

水热与溶剂热合成 2.3 水热与溶剂热合成工艺 四、水热与溶剂热合成的工艺参数 1、前驱体选择 可溶性金属盐溶液 固体粉末，即制备多元氧化物粉体时，可直接选用相应的金属氧化物和氢氧化物固体粉末作为前驱物 胶体，即制备金属氧化物粉体时，在相应的金属可溶性盐溶液中加入过量的碱得到氢氧化物胶体，经反复洗涤除去阴离子后作为前驱物 胶体和固体粉末混合物 2.3 水热与溶剂热合成工艺 四、水热与溶剂热合成的工艺参数 2、介质选择 形成离子溶液溶剂，要求溶质分子与溶剂分子的组成结构、物理性质及化学性质相近，则其溶解度大（相似相容原理） 离子晶体必须克服离子晶格中的正负离子间的作用力，共价化合物必须使共价键发生异裂作用，因此溶质和溶剂的作用必须很大才能使溶质溶解于溶剂（溶剂化能） 2.3 水热与溶剂热合成工艺 四、水热与溶剂热合成的工艺参数 3、反应影响因素 温度：反应温度越高，晶粒平均粒度越大，晶粒分布范围越宽； 压强：反应压强影响溶解度、反应速率及产物的形貌和粒径； PH值：PH值影响溶质的溶解度、晶体生长速度，改变基元结构； 反应时间：晶粒粒度随反应时间延长而增大； 杂质：适当掺杂可改变生成晶体的结构和颜色。 2.4 水热与溶剂热合成法应用实例 一、基于酒石酸调节的单分散Fe3O4的粒子的水热合成 主要原料：TA（酒石酸）、FeCl3、无水C2H5OH，NH4OH、分析纯试剂 制备工艺：制备铁的先驱体→TA加入先驱体→转移到压热器中并搅拌→加热、保温、冷却→产物离心并清洗→干燥获得Fe3O4纳米材料 产物性能：形状各异，晶体良好 不同TA含量水热合成产物的XRD 不同TA含量水热合成产物的TEM 2.4 水热与溶剂热合成法应用实例 二、水热合成Co-MCM-41介孔分子筛 样品Co-MCM-41(2)在550℃培烧前后的FT-IR 在不同温度下培烧和100℃水热处 理5d后样品Co-MCM-41(2)的TEM 主要原料：SiO2，CTAB，CoO 产物性能：产物具有典型的六方MCM-41介孔结构 2.4 水热与溶剂热合成法应用实例 三、水热合成分等级球状TiO2纳米结构 产物Ti-P-U的FESEM 主要原料：TiCl3，PAM，尿素 产物性能：产物具有球状的Ti-P-U锐钛矿结构 2.4 水热与溶剂热合成法应用实例 四、水热合成特殊形貌材料 蠕虫状Pd/C核壳复合材料 2.4 水热与溶剂热合成法应用实例 四、水热合成特殊形貌材料 六方柱形纳米ZnO晶体 2.4 水热与溶剂热合成法应用实例 四、水热合成特殊形貌材料 圆锥形纳米ZnO晶体 * * * 第2章 2.1 水热与溶剂热合成方法的发展 最早采用水热法制备材料的是1845年K.F. Eschafhautl以硅酸为原料在水热条件下制备石英晶体 ； 一些地质学家采用水热法制备得到了许多矿物，到1900年已制备出约80种矿物，其中经鉴定确定有石英，长石，硅灰石等 ； 1900年以后，G.W. Morey和他的同事在华盛顿地球物理实验室开始进行相平衡研究，建立了水热合成理论，并研究了众多矿物系统。 1985年，Bindy首次在“Nature”杂志上发表文章报道了高压釜中利用非水溶剂合成沸石的方法，拉开了溶剂热合成的序幕。 到目前为止，溶剂热合成法已得到很快的发展，并在纳米材料制备中具有越来越重要的作用。 2.2 水热与溶剂热合成方法原理 一、水热与溶剂热合成方法的概念 水热法(Hydrothermal Synthesis）：是指在特制的密闭反应器（高压釜）中，采用水溶液作为反应体系，通过对反应体系加热、加压(或自生蒸气压），创造一个相对高温、高压的反应环境，使得通常难溶或不溶的物质溶解，并且重结晶而进行无机合成与材料处理的一种有效方法。 水热法特点：水既作为溶剂又作为矿化剂，在液态或气态还是传递压力的媒介，同时由于在高压下绝大多数反应物均能部分溶解于水，从而促使反应在液相或气相中进行。 水热法优点：与其它粉体制备方法相比，水热合成纳米材料的纯度高、晶粒发育好，避免了因高温煅烧或者球磨等后处理引起的杂质和结构缺陷。 水热法缺点：只适用于氧化物或少数对水不敏感的硫化物的制备，而对其他一些对水敏感的化合物如III-V族半导体，新型磷（或砷）酸盐分子筛骨架结构材料的制备就不适用了。 2.2 水热与溶剂热合成方法原理 一、水热与溶剂热合成方法的概念 并非所有晶体都适合在水热环境生长，判明适合采用水热法的一般原则： 结晶物质各组分的一致性溶解(在不同的温度压力下不会发生过大的改变)；。 结晶物质足够高的溶解度(可溶)； 溶解度的温度系数有足够大的绝对值(溶解度随温度变化明显)； 中间产物通过改变温度较容易分解(降温时杂质少)。