水热合成法介绍

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水热合成反应釜是在一定温度、压力条件下采用水溶液作为反应体系，利用高温高压的水溶液使那些在大 气条件下不溶或难溶的物质溶解，或反应生成该物质的溶解产物，通过控制溶液的温度差使产生对流以形 成过饱和状态而析出生长晶体。可用于纳米材料的制备、化合物合成、晶体生长等方面，也可以用于小剂 量的合成反应，是高校极常用的小型反应釜。 19 水热合成法生长晶体，是世纪中叶地质学家模拟自然界成矿作用而开始研究的，地质学家 Murchison“”1905l97O 首次使用水热一词，年水热合成法开始转向功能材料的研究。自世纪年代兴起 (Hydrotherma1) 水热合成法制备超细粉体后很快受到世界许多国家的重视讶。水热合成法，属液相化学的 () 范畴，是指在特制的密闭反应器水热合成反应釜中，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。在常温常压下一些从热力学分析看可以进行的反应，往往因 反应速度极慢，以至于在实际上没有价值，但在水热条件下却可能使反应得以实现。这主要因为在水热条 () 件下，水的物理化学性质与常温常压下的水相比将发生下列变化：①蒸汽压变高；②粘度和表面张力变 低；③介电常数变低；④离子积变高；⑤密度变低；⑥热扩散系数变高等。在水热反应中，水既可作为一 种化学组分起作用并参与反应，又可是溶剂和膨化促进剂，同时又是压力传递介质，通过加速渗透反应和 控制其过程的物理化学因素，实现无机化合物的形成和改进。水热合成法既可制备单组分微小单晶体，又 可制备双组分或多组分的特殊化合物粉末，克服某些高温制备不可克服的晶形转变、分解、挥发等。并且 用水热合成法制备出的纳米晶，晶粒发育完整、粒度分布均匀、颗粒之间少团聚，原料较便宜，可以得到 理想的化学计量组成材料，颗粒度可以控制，生成成本低。水热合成法在合成配合物方面具有如下优势： (100250)() ①明显降低反应温度℃一℃；②能够以单一步骤完成产物的合成与晶化不需要高温热处理、流 程简单；③能够很好地控制产物的理想配比；④制备单一相材料；⑤可以使用便宜的原材料，成本相对较 低；⑥容易得到好取向，更完整的晶体；⑦在成长的晶体中，比其他方法能更均匀地进行掺杂；⑧能调节 晶体生长的环境。水热合成法也存在着一些缺点。由于水热反应在高温高压下进行，因此对水热合成反应 釜进行良好的密封成为水热反应的先决条件，这也造成水热反应的一个缺点：水热反应的非可视性。只有 Shubnikov 通过对反应产物的检测才能决定是否调整各种反应参数。前苏联科学院结晶化学研究所的 Popolitov 1990 等人在年报道了用大块水晶晶体制造了透明水热合成反应釜，使得人们第一次直接看到 了水热反应过程，实现根据反应随时调节条件的理想。另外，水热合成法往往只适用于氧化物功能材料或 少数一些对水不敏感的硫属化物的制备与处理。这些缺陷已被溶剂热法所弥补。 1 水热合成法分类 水热合成法可分为以下几种类型： (1) 水热氧化：高温高压水、水溶液等溶剂与金属或合金可直接反应生长性的化合物。 M+[0]——MxOyM 例如：其中为铬、铁及合金等 (2) 水热沉淀：某些化合物在通常条件下无法或很难生成沉淀，而在水热条件下却生成新的化合物沉淀。 KF+MnCI2——KMnF2 例如： (3) 水热合成：可允许在很宽的范围内改变参数，使两种或两种以上的化合物起反应，合成新的化合物。 FeTiO3+K0H——K20•nTiO2 例如： (4) 水热还原：一些金属类氧化物、氢氧化物、碳酸盐或复盐用水调浆，无需或只需极少量试剂，控制适当 温度合氧分压等条件，即可制得超细金属粉体。 MexOy+Hz——xMe+yHzO Me 例如：其中为银、铜等 (5) 水热分解：某些化合物在水热条件下分解成新的化合物，进行分离而得单一化合物超细粉体。 ZrSiO4+NaOH——ZrO2+NaSiO3 例如： (6) 水热结晶：可使一些非晶化合物脱水结晶。 AI(OH)3——Al203•H20 例如： 2 水热合成法反应装备 东台市吉泰不锈钢制品厂专业生产水热合成反应釜、高压水热釜、高压釜、闷罐等。外罐采用优质