绪论 无机 材料合成化学的进展与研究热点.pptVIP

* * 肃曰：“先生真神人也！何以知今日如此大雾？” 孔明曰：“为将而不通天文，不识地利，不知奇门，不晓阴阳，不看阵图，不明兵势，是庸才也。 0.1 无机合成化学 0.1.1无机合成化学的地位与作用 无机合成化学是无机化学学科的一个重要分支，是20世纪50年代之后无机化学复兴时代活跃的前沿阵地，是开发利用自然资源，改善人类生活条件、环境、质量，推动科技和社会进步的有力手段。 无机合成化学的最重要的目的是合成不同用途的无机材料，而天机材料的使用则是人类文明的进步和时代划分的标志。 古代社会石器、钢器、铁器的使用是人类文明进步的见证．而采用化学方法合成的新型无机材料的使用又标志着近代文明的发展。 古代炼丹术，古代的火药、陶瓷发明、金属的冶炼， 现代高温超导材料，生物陶瓷，超硬材料，信息与能源转换材料 绪论 材料合成化学的进展与研究热点 近30年来，各种合成产物大量问世， 目前无机合成化学已成为推动无机化学及有关学科发展的重要基础，成为发展新型无机材料及现代高新技术的重要基础之 一。 可以说，没有高纯度的半导体，就没有今天的计算机； 没有高强度、耐高温结构材料的合成，就没有今天的航空航天工业…… 同时，一种新的化合物的合成，新方法的应用及新特性的发现往往会导致一个新的科技领域的产生，或一个崭新工业的兴起， 0.1 无机合成化学 0.1.2无机合成化学的发展趋势 无机合成化学发展的趋势主要体现在三个方面。 1) 设计和合成系列化合物，研究它们特定的物性，筛选出具有最佳性能的物种。 例如，在固体电解质的研究中，已知锂离子半径小，易于在固相中迁移；硫的电负性低于氧，硫离子可以弱化传导阳离子与阴离子之间的化学键，玻璃态组成可调，并具有三维无序结构。人们为了探索硫化物玻璃作为锂离子导体的可能性，而合成出各种含锂的硫化 物玻璃体系。 0.1 无机合成化学 2)制备具有非正常价态离子和非正常键合方式的新化合物，探索其结构和性质。同一元素的不同价态化合物往往具有完全不同的性质。 由于采用新的反应和新的合成技术，发现越来越多的元素具有异常价态，如Fe 4+、Nd4+ 、Dy4+、Cu3+等。 固体材料中，离子价态改变或产生混合价态，可使固体的电性、磁性和化学性质发生明显改变。 例如可使绝 缘体转变为半导体以至导体，可使逆磁体和顺磁体，反铁磁体和铁磁体之间发生相互转变。 0.1 无机合成化学 3)制备已知化合物的指定形态或指定结构的产物，以备作为材料或制成功能器件。 功能材料都是结构敏感的，对材料的形态、形貌、单相性、纯度、掺杂成分及含量、缺陷种类及浓度、单晶的品质、多晶的晶粒尺寸、陶瓷体的结构与晶界等都有特定的要求。 例如将Y2O3或CaO掺入ZrO2，使ZrO2转变为在高、低温度下均可稳定的耐热冲击的立方晶型结构，从而可以作为固体电解质用于高温测氧传感中。 为了获得特定形态，特殊结构以及特殊要求的材料，通常利用新的化学反应步骤、在特殊条件下(超高温、超低温、超高压、强超声、辐射等离子体，强激光、微波、超高真空及厌氧、无水等)，或者在非常缓和的条件下(如通过溶胶—凝胶过程制备高温陶瓷，利用室温固相反应合成配合物和纳米材料等)合成目标化合物。 0.1 无机合成化学 0.1.3无机材料合成化学的前沿课题 1)低温固相合成化学 室温或近室温(小于40oC)条件下的固－固相化学反应是近几年刚刚发展起来的一个新研究领域。相对于传统的高温固相反应而言，低温固相反应可以合成一些热力学不稳 定产物或动力学控制的化合物，这对人们了解固相反应机理，尽早实现利用固相化学反应行定向合成和分子装配大有益处。此外，从能量学和环境学的角度考虑，低温固相反应可大大节约能耗，减少三废排放，是绿色化工发展的一个主要趋势。 目前，低温固相合成化学可以合成出二百多种簇合物，其中有些是利用液相不易得到的新型簇合物：如鸟巢状结构、双鸟巢状结构、半开口的类立方烷结构。 0.1 无机合成化学 利用低温固相反应方法可以方便地合成单核和多核配合物，还可以合成高温固相反应及液相反应无法合成的固配化合物等。 利用低温固相反应可以合成各种功能材料，如非线性光学材料等，气敏材料等，还有化学防伪材料、生物活性材料，铁电材料，无机抗苗剂及荧光材料等。 利用低温固相反应合成各种纳米材料是最近的研究热点，用该方法