水热溶剂热合成学习材料-(19)-水热与溶剂热法基础(优选.)
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水热与溶剂热合成法的原理水热合成是一种常用的溶剂热合成方法,其原理基于高温高压的条件下,溶剂中的溶质能够发生各种化学反应。
在水热条件下,水作为一种强溶剂,具有较高的介质极化能力和较高的溶解度,对于很多无机和有机物质都能够发挥溶剂作用。
通过水热合成方法,我们可以合成各种无机纳米颗粒、无机纤维、无机薄膜和无机杂化材料。
水热合成的原理主要涉及以下几个方面:1.高温高压条件下的介质极化效应:在高温高压条件下,水分子具有较高的极性和极大的介电常数,能够使得周围的溶质分子发生极化,达到更高的反应速度和较好的反应活性。
2.溶质溶剂间的相互作用:水作为一种强溶剂,对于溶质具有一定的溶解度,能够提高反应物质之间的接触程度,促进反应物质之间的相互作用,进而促进反应的进行。
3.溶液饱和度对反应速率的影响:在水热合成过程中,溶液中的反应物质往往在过饱和状态下存在,当反应物的浓度超过其在饱和溶液中的溶解度时,会发生结晶过程,从而生成所需的产物。
溶剂热合成是一种利用高温高压条件下的溶剂作用,促进反应物质之间发生化学反应的方法。
根据反应的需求,选择适当的溶剂,使得反应物质能够更好地溶解和混合在一起,以提高反应的速率和效率。
溶剂热合成的原理主要包括以下几个方面:1.溶液的扩散和混合效应:高温高压条件下,溶剂分子的动力学能够得到增强,分子的扩散和混合能力也会增强,有利于反应物之间的相互作用和反应的进行。
2.溶液中溶质的溶解度:溶剂作为一种溶解介质,能够使得溶质分子得到更好的散布和溶解,有利于反应物之间的接触程度和相互作用。
3.溶液中的离子活性:在高温高压条件下,溶剂分子能够极化溶质分子,使得溶质分子成为带电的离子,在反应过程中有助于离子的迁移和反应的发生。
4.溶液中的饱和度和过饱和度:在溶剂热合成的过程中,溶液的浓度往往超过了其在饱和状态下的溶解度,溶液处于过饱和状态。
当反应物质达到饱和状态时,会发生结晶过程,从而形成所需的产物。
水热合成•水热与溶剂热合成是指在一定温度(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。
•因为合成反应在高温和高压下进行,所以产生对水热与溶剂热合成化学反应体系的特殊技术要求,如耐高温高压与化学腐蚀的反应釜等。
•在高压釜里,采用水溶液作为反应介质,通过对反应容器的加热,创造一个高温、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。
按照研究对象和目的的不同,水热法可以分为水热晶体生长、水热合成、水热反应、水热处理和水热烧结等。
它们分别用于生长单晶、制备超细无团聚陶瓷粉体、完成某些有机化学反应。
反应釜的装满度•装满度是指反应混合物占密闭反应釜空间的体积分数•它之所以非常重要,是由于直接涉及到试验安全以及合成试验的成败•在试验上,装满度一般控制在60%~80%之间。
反应容器内的压强对于水热合成实验,水的p-T图是很重要的。
在工作条件下,压强大多依赖于反应容器中原始溶剂的填充度。
填充度通常在50%~80%为宜。
压强是在:0.02~0.3GPa。
水热条件下晶体生长•步骤:•1). 物料在水热介质里溶解,以离子、分子或离子团的形式进入溶液(溶解阶段);•2). 由于体系中存在十分有效的对流,这些离子、分子或离子团被输运到生长区(生长区);•3). 离子、分子或原子团在生长界面上的吸附与分解;•4). 吸附物质在界面上的运动;•5). 结晶。
•例如SiO 2单晶的生长,反应条件为0.5mol/L-NaOH ,温度梯度410-300℃,压力120MPa ,生长速率l-2mm/d ;若在反应介质0.25mol/L-Na 2C03,中,则温度梯度为400-370℃,装满度为70%,生长速率1-2.5mm/d 。
①溶质离子的活化②活化了的离子受生长体表面活性中心吸引(静电引力、化学引力和范德华引力),穿过生长表面的扩散层而沉降到石英体表面。
水热合成粉体•水热法是制备结晶良好、无团聚或少团聚的超细陶瓷粉体的优选方法之一。