水热法与溶剂热法

会计学

1

1.1 水热合成方法的发展

u 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 ；

u 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 ；

，

u 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 。

第2页/共48页

2

1.2 溶剂热合成方法的发展

u 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 。

u 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 。

第3页/共48页

3

第4页/共48页

4

2.1 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。

第5页/共48页

5

在水热条件下，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。水热法近年来已广 泛应用于纳米材料的合成，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。

第6页/共48页

6

但是水热法也有严重的局限性，最明显的一个 缺点就是，该法往往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。正是在这种背景下，溶剂热技术就应运而 生。

第7页/共48页

7

溶剂热法（ Solvothermal Synthesis ），将水热法 中的水换成有机溶剂或非水溶媒（例如：有机 胺、醇、氨、四氯化碳或苯等），采用类似于水 热法的原理，以制备在水溶液中无法长成，易氧 化、易水解或对水敏感的材料。

第8页/共48页

8

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是 : 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 ) 。

第9页/共48页

9

2.2反应机理

水热生长体系中的晶粒形成可分为三种类型：

第10页/共48页

“ 均匀溶液饱和析出 ” 机
制
“ 溶解 - 结晶 ” 机
制
“ 原位结晶 ” 机制
10