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接下来同样给大家

简单介绍一下水热合成的实验设计

水热合成的实验设计有五大的基本原则

首先第原则的话就说

如果不是合成沸石分子筛

要合成一些比较难合成的物质 比如说氮化物 硫化物

会要求是尽量保证它均匀性 所以以溶液为反应物

当然沸石分子筛实际上本质还是以溶液为反应物

只不过它是先生成溶胶-凝胶

一般来说这保证均匀性

所以如果所有的原材料

都从溶液来保证它原始均匀性

最终得到产物它的均匀性会比较好

另外就是要创造非平衡的条件

就是一定要使得整个体系

在一定的温度或压力下

能够生成胶体或过饱和溶液

同时 如果是 不能用溶液

作为原料或作为反应物

要用一些把固体变成

比如说氧化物粉末 氢氧化物粉末

变成一定的结构

我要求的是新鲜制备的前驱体 也就是说

刚刚沉淀法 共沉淀法或者溶胶凝胶法

得到的产品直接用于水热合成法

这样会保证它的制备的容易

或者是它的重现性 特别是刚成型的时候

它们物质之间的作用力会比较弱

所以比较容易实现溶解或解析的过程

还有反反复复强调

整个水热合成跟溶液化学是相关的

所以溶液化学里面离子的影响是非常重要的

所以一定要注意到不要引入外来的离子

有可能会影响到最终的产品的结晶度 结构等等很多

另外的要注意到很多晶化反应

有很多时候用到模板剂

特别沸石分子筛

这是水热合成设计的基本原则

大概了解一下就可以了

实际上很多时候还是要具体的去看具体案例

结合文献进行考虑的

那么最后给大家介绍一下水热合成的三个基本的原理

水热合成一般来说有三个基本原理

就是均匀溶液的饱和析出 还有溶解结晶

还有原位结晶的三个作用

那么这种基于溶液的饱和析出

在合成一些特殊的材料

它认为是因为均匀溶液在水热条件体系下

它溶液的溶解度降低了

溶质在溶解度在水热条件下降低了

它就能达到饱和

所以这个时候会以一定特定的具体形式出现

实际上这个过程

实际上可以认做是

沉淀过程中或是金属离子水解过程中

金属阳离子在高温高压条件下或者是一定的新条件下

它会生成了新的水合的缩合的阳离子或阴离子

通过缩聚生成聚集体

那这种聚集体在高温高压条件下

就生成特定的晶体结构

这个对于溶液饱和析出跟

实际上跟沉淀法

溶胶凝胶法它机制实际上是类似的

那么再看一下另外两种

在沸石份子筛里面用得非常广的机制

第一个机制是溶解结晶

所谓溶解结晶 比如说前面讲

沸石分子筛是用硅-铝凝胶

它作为前驱体

它在常温常压下

它已经生成了凝胶了 它是不能够溶解的

那么这个时候在水热条件下

它可以发生解聚

就是说之间的联接的团聚的桥梁它会遭到破坏

这样会使得整个的凝胶进行溶解

那这种溶解是部分的可以认为是一种部分溶解

或一定程度的溶解

比如说硅溶胶以一定的硅氧四面体

铝氧四面体的离子团的形式进入溶液

那么随着溶解增多 过饱和度增加了

所以进行再结晶

那么在水热条件下由于高温高压条件下

它比较容易生成晶体的结构

这就是典型的结晶过程

就是溶解再结晶

所以这种溶解再结晶

特别适用于传统的水热法合成沸石分子筛

这指的低固体含量的溶液体系里面合成的

除了这种体系还有另外一种机理

就是原位结晶的机制

这种原位结晶的机制是指的

如果固体粉末或凝胶

在常温常压下不溶解

而且在水热条件下

它的溶解的速度 结晶的速度又很慢

它溶解很慢或是它的溶解程度很低

这个时候可能在

水热条件下它有本身因为在表面发生逐步的重排

重排从表面到里面逐渐的深入

这样就发生类似于原位的重排再晶化的个过程

这就是原位结晶的机制

这原位结晶的机制在高固含量的分子筛合成里面经常用到

比如说如果沸石分子筛 里面加了固体含量非常非常多

那么这个时候还能得到沸石分子筛

它可能走的就是原位结晶的机制

当然沸石分子筛的合成机制

由于它是 在反应釜里面是黑箱

所以这种所谓的溶解结晶或者原位结晶机制

只是根据实验结果间接的推断

目前还没有个直观或非常确切的证据来证明

某个沸石分子筛一定是走了溶解结晶的机制

或是原位结晶的机制

只是这里只是给大家总结一下这三种机制

那么具体到某种催化剂并不能武断的或者强制的套用

它是否适用于 就一定适用于某个合成机制的过程

最后给大家介绍一下水热合成的应用的实例

我这里也是给大家简单介绍一下水热合成的用法

水热合成除了沸石分子筛

还可以用合成一些氧化物材料

特别是有一类就前面说的

需要高温条件下来合成的

比如说钙钛矿氧化物

一般要在一千多度进行焙烧

那么为了节省能源或者节省合成时间

科学家就发现了在这种水热条件体系下

就可以得到钙钛矿的化合物

比如说可以看到

各种各样钙钛矿大概在200多度就可以合成了

是非常好的合成方法

这是水热合成的在绿色合成领域非常重要的应用

除了这之外还有个合作方法

就是叫所谓的超临界合成的方法

就是利用了既然说水热合成是高温高压条件下

那一般分子筛合成前面讲了

不要突破250摄氏度 那是很危险的

那么前面还讲过超临界干燥的时候可以用二氧化碳

它是在比较低的温度

那么同样的在水热条件下

如果构建比较缓和的超临界体系

使得它的系统里面没有相态区别

可能会得到一些比较特殊或者比较均匀性的材料

比如说这里给大家举个例子是合成MoVTeNb的氧化物

这氧化物如果在水热合成的常规条件下可以看到

它的颗粒它粒径分布是非常宽的

比如说它这是长方形的长方体

那这长方体它长和宽

它粒径分布大家看到从0到1000多纳米

而宽度从100到400多纳米

但如果想要超临界状态合成

排除了这种气固液之间的界面 发现

它的分布范围变窄了很多 它均匀性就更好

这就体现出来了超临界合成状态下的

没有固液界面所以均匀性会更好

同样的还可以把微波运用于水热合成

因为知道水热合成里面的说了均匀性特点

要水产生蒸汽压 同时产生温度

那么这种温度

如果利用快速的微波加热有可能会提高水热合成的效率

这里同样给大家举的个例子

是关于合成氧化锌的颗粒

可以把氧化锌通过水热合成法得到各种各样形貌

比如说六方柱的还有针状的 还有氧化锌的纳米管

我们发现就是要把合成氧化锌

锌铋氧的氧化物用光催化材料会发现

跟传统的水热合成加热相比

它的合成时间是大大缩短了

比如说可以从原来需要

大概是在一点几个小进现在是

需要几十分钟就可以合成了

所以这就是水热合成的新的发展方向

就是微波合成

除了微波水热合成以外

超临界 微波还有

与微波合成可能同时期起步的超声波水热合成

那么超声波水热合成的原理的应用不在介绍

这里只是给大家稍微讲一下

前面讲了搅拌是能够提供能量

就提供成核的能量

那么同样超声波也是

通过产生大量的

通过空爆效应产生更多的能量也会影响到后面的晶化

比如说能量越多

加快晶核的生成

所以说也会加速 晶体的生长过程

同时可能会改变热力学的状态

改变还原的电势

因为超声波也可以具有还原的

改变还原的电势 能垒

这是目前为止就是在水热合成领域

结合现代科技的发展

所开拓出来的新的发展方向

超临界 微波 超声波的合成沸石分子筛

希望感兴趣的同学可以课后去参考或阅读相关的文献