水热合成法研究.doc

水热合成法研究 摘 要 水热法是19世纪中叶地质学家模拟自然界成矿作用而开始研究的。1900年后科学家们建立了水热合成理论,以后又开始转向功能材料的研究。目前用水热法已制备出百余种晶体。水热反应依据反应类型的不同可分为水热氧化、水热还原、水热沉淀、水热合成、水热水解、水热结晶等。其中水热结晶用得最多。在这里简单介绍一下它的原理: 水热结晶主要是溶解———再结晶机理。首先营养料在水热介质里溶解,以离子、分子团的形式进入溶液。利用强烈对流(釜内上下部分的温度差而在釜内溶液产生) 将这些离子、分子或离子团被输运到放有籽晶的生长区(即低温区) 形成过饱和溶液,继而结晶。 本文主要分析了水热合成法的原理、特点，实验装置，合成工艺，产物特性及其表征方法。并且以锂离子电池负极材料的制备，例举了水热合成法的应用。 关键词：水热合成；高压釜；过热；高压；成核 目 录 第1章 水热合成法简介 第2章 水热合成法分类 第3章 水热合成法特点 第4章 水热合成法装置 第5章 水热合成法工艺 第6章 水热反应介质的性质 第7章 水热合成成核与生长 第8章 水热合成产物的表征方法 第9章 水热合成应用实例 第10章 参考文献 水热合成法简介 水热法(Hydrotherma1)，属液相化学的范畴，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生长晶体，是19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首次使用“水热”一词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，如石英，长石，硅灰石等1900年后科学家们建立了水热合成理论,以后又开始转向功能材料的研究。目前用水热法已制备出百余种晶体。水热反应依据反应类型的不同可分为水热氧化、水热还原、水热沉淀、水热合成、水热水解、水热结晶等。其中水热结晶用得最多水热法在合成配合物方面具有如下优势①明显降低反应温度(10℃一250℃)；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，因此对高压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Shubnikov结晶化学研究所的Popolitov等人在1990年报道了用大块水晶晶体制造了透明高压反应釜吲，使得人们第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。 图1.简易高压反应釜实物图 图2.带搅拌高压反应釜装置图 水热合成法工艺 1.工艺流程图 合成方法分釜式和管式，流程图如下： 图3.釜式工艺 图4.管式工艺 2.实验步骤 这里主要介绍一般的水热合成实验程序，即釜式工艺[6]： (1) 选择反应前驱物， 确定反应前驱物的计量比。 (2) 摸索前驱物加入顺序， 混料搅拌。 (3) 装釜、 封釜、 置人烘箱。 (4) 确定反应温度、 时间、 状态( 静态或动态晶化) 进行反应。 水热反应介质的性质 在水热或溶剂热条件下，物质的化学行为与该条件下的反应介质—水或非水溶剂的物理化学性质（如蒸汽压、热扩散系数、粘度、介电常数、表面张力等）有密切关系。 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。 1.水的性质变化 在高温高压的水热体系中，水的性质发生下列变化： 1）蒸汽压变高 2）密度变小 3）表面张力变小 4）粘度变小 5）离子积变高 6）介电常数随温度升高而下降，随压力增加而升高。 2.离子积升高 水作为水