學(xué)科教育論文-我國固體無機(jī)化學(xué)的研究進(jìn)展摘要綜合介紹了建國50年來，尤其是近20年來我國固體化學(xué)研究領(lǐng)域所取得的進(jìn)展，闡述了該領(lǐng)域在合成方法上的更新以及不斷向信息、能源、環(huán)保等應(yīng)用領(lǐng)域提供的各種新材料。關(guān)鍵詞固相化學(xué)無機(jī)合成無機(jī)材料應(yīng)用AbstractDevelopmentsinthelastfiftyyears(19491999),especiallyinthelasttwodecadesonthesolidstateinorganicchemistryinChinahavebeenreviewed.KeywordsSolidstatechemistry,Inorganicsynthesis,Inorganicmaterials,Application固體無機(jī)化學(xué)是跨越無機(jī)化學(xué)、固體物理、材料科學(xué)等學(xué)科的交叉領(lǐng)域，尤如一個(gè)以固體無機(jī)物的“結(jié)構(gòu)”、“物理性能”、“化學(xué)反應(yīng)性能”及“材料”為頂點(diǎn)的四面體，是當(dāng)前無機(jī)化學(xué)學(xué)科十分活躍的新興分支學(xué)科。近些年來，該領(lǐng)域不斷發(fā)現(xiàn)具有特異性能及新結(jié)構(gòu)的化合物，如高溫超導(dǎo)材料、納米相材料、C60等，一次又一次地震撼了整個(gè)國際學(xué)術(shù)界。中國化學(xué)會(huì)于20世紀(jì)70年代末成立了固體無機(jī)化學(xué)和合成化學(xué)專業(yè)組，從此在有關(guān)高等院校和研究所內(nèi)開展了大量的基礎(chǔ)性和應(yīng)用基礎(chǔ)性研究工作，取得了一批舉世矚目的研究成果，向信息、能源等各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域提供了各種新材料，為我國的社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)作出了貢獻(xiàn)。同時(shí)，許多高校相應(yīng)開設(shè)了“固體化學(xué)”選修課，出版了編著或翻譯的教材；1998年，出版了韓萬書主編的中國固體無機(jī)化學(xué)十年進(jìn)展一書；自從1986年召開了第一屆全國固體無機(jī)化學(xué)和合成化學(xué)學(xué)術(shù)討論會(huì)以來，迄今已召開了6次，這些活躍的教學(xué)和學(xué)術(shù)活動(dòng)推動(dòng)了固體無機(jī)化學(xué)的教學(xué)、科研、人才培養(yǎng)以及把科研成果轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力等方面的發(fā)展。1固體無機(jī)化合物的制備及應(yīng)用固體無機(jī)化合物材料的制備大多是利用高溫固相反應(yīng)，這些反應(yīng)難以控制，能耗大，成本高。為此，發(fā)展了其它各種合成方法，如前體法、置換法、共沉淀法、熔化法、水熱法、微波法、氣相輸運(yùn)法、軟化學(xué)法、自蔓延法、力化學(xué)法、分子固體反應(yīng)法(包括固相有機(jī)反應(yīng)和固相配位化學(xué)反應(yīng))等。其中，近年來提出的軟化學(xué)合成方法最為突出，它力求在中低溫或溶液中使起始反應(yīng)物在分子態(tài)尺寸上均勻混合，進(jìn)行可控的一步步反應(yīng),經(jīng)過生成前驅(qū)物或中間體，最后生成具有指定組成、結(jié)構(gòu)和形貌的材料。1.1光學(xué)材料的研究蘇勉曾等1用均相沉淀法在水溶液中合成了氟氯化鋇銪()，經(jīng)過處理后制得無余輝、發(fā)光性能良好的多晶體。用這種多晶體制成的高速增感屏,其增感因素是鎢酸鈣中速屏的45倍,已被全國2000所醫(yī)院使用。1983年，蘇勉曾等在系統(tǒng)研究氟鹵化物的X-射線發(fā)光及紫外發(fā)光現(xiàn)象的過程中，發(fā)現(xiàn)了BaFX:Eu2+晶體經(jīng)X-射線輻射后著色的現(xiàn)象，開始注意到晶體中色心生成，并于1984年開始研究晶體的X-射線誘導(dǎo)的光激勵(lì)發(fā)光現(xiàn)象及發(fā)光機(jī)理，用光激勵(lì)發(fā)光材料制成了圖像板，作為X-射線的面探測器。他們還設(shè)計(jì)制作了一臺(tái)由光學(xué)精密機(jī)械和計(jì)算機(jī)組成的計(jì)算X-射線圖像儀,已可以獲得清晰的X-射線透視圖象和粉末晶體衍射圖像。蘇鏹等用溶膠-凝膠法合成了一系列的稀土硅酸鹽和鋁酸鹽等固體純相發(fā)光材料，使合成溫度降低了1503002；用燃燒法合成了發(fā)藍(lán)光的多鋁酸鹽BaMgAl10O17:Eu2+和發(fā)綠光的Ce0.67Tb0.33MgAl12O20.5熒光體，該法具有反應(yīng)時(shí)間很短，不需要還原性氣氛保護(hù)，使用爐溫從1500降到600，節(jié)能效果顯著等優(yōu)點(diǎn)2；他們首次發(fā)現(xiàn)，在空氣中當(dāng)以3價(jià)離子Sm3+,Eu3+和Yb3+不等價(jià)部分取代堿土硼酸鹽SrB4O7中的Sr2+時(shí)，可使摻入的3價(jià)稀土離子還原為2價(jià)3，此項(xiàng)工作于1993年發(fā)表后，立即引起國際同行的注意。蘇鏹等還根據(jù)觀察到的有關(guān)Dy3+的發(fā)光規(guī)律和敏化方式，合成出一些摻Dy3+的發(fā)白光的材料，制成光通量超過我國部頒標(biāo)準(zhǔn)的汞燈。石春山等4研究出一種組成為BaLiF3:Eu2+、具有存儲(chǔ)X-射線輻射能以及熱釋發(fā)光和光激勵(lì)發(fā)光性質(zhì)的氟化物晶體，很有希望成為一種性能更加優(yōu)越的新型X-射線存儲(chǔ)材料。王世華、趙新華等5發(fā)現(xiàn)EuI2和CsSmI3在高壓下皆有相變化，并已將此研究成果用于電光源材料。1.2多孔晶體材料的研究徐如人、龐文琴等在水熱法合成各種類型分子篩的基礎(chǔ)上，發(fā)展了溶劑熱合成法，利用前驅(qū)體和模板劑，制備了一系列水熱技術(shù)無法合成的新型磷酸鹽及砷酸鹽微孔晶體，所合成的JDF-20是目前世界上孔口最大的微孔磷酸鋁6；1989年，徐如人、馮守華等首次報(bào)道了微孔硼鋁酸鹽的合成和性質(zhì)7，之后，又獲得了一系列新型微孔硼鋁氯氧化物。其中硼的配位數(shù)可取4也可取3，但不會(huì)高于4；鋁、鎵、銦的配位數(shù)大多超過4，有的甚至達(dá)到6。所有這些都突破了傳統(tǒng)分子篩純粹由四面體結(jié)構(gòu)基元構(gòu)成的概念，為開發(fā)新型結(jié)構(gòu)特征的微孔材料提供了豐富的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。龐文琴等8還系統(tǒng)研究了介孔分子篩的不同合成途徑，首創(chuàng)了濕凝膠加熱合成法9及干粉前驅(qū)體灼燒合成法合成MCM-41。她們還開發(fā)了雙硅源法并成功合成了絲光沸石大單晶體；在非堿性介質(zhì)中利用F-離子作礦化劑，成功合成了一系列高硅沸石分子篩大單晶體及一些籠形氧化硅大單晶。1.3納米相功能材料及超微粒的研究近幾年來，我國科學(xué)家在納米管和其它功能納米材料研究方面，取得了具有重要影響的7項(xiàng)成果，引起國際科技界的很大關(guān)注。范守善等首次利用碳納米管成功地制備出GaN一維納米棒，并提出了碳納米管限制反應(yīng)的概念，該項(xiàng)成果成為1997年Science雜志評(píng)選出的十大科學(xué)突破之一；他們還與美國斯坦福大學(xué)戴宏杰教授合作，在國際上首次實(shí)現(xiàn)硅襯底上的碳納米管陣列的自組裝生長，推進(jìn)了碳納米管在場發(fā)射和納米器件方面的應(yīng)用研究。解思深等利用化學(xué)氣相法制備純凈碳納米管技術(shù),合成了大面積定向納米碳管陣列,該項(xiàng)工作發(fā)表于1996年的Science上；他們還利用改進(jìn)后的基底,成功地控制了碳納米管的生長模式,大批量地制備出長度為23mm的超長定向納米碳管，該項(xiàng)工作發(fā)表于1998年的Nature上。張立德等應(yīng)用溶膠-凝膠與碳熱還原相結(jié)合的方法及納米液滴外延等新技術(shù),首次合成了準(zhǔn)一維納米絲和納米電纜,在國際上受到了高度重視。錢逸泰等用-射線輻射法或水熱法及兩者的結(jié)合,成功地制備出各種納米粉；用溶劑熱合成技術(shù)首次在300左右制得30nmGaN10，此外，他們還利用溶劑熱法制得了InP及CrN、Co2P、Ni2P、In2S3等納米相化合物；用催化熱分解法從CCl4制得納米金剛石,該項(xiàng)成果發(fā)表于1998年的Science上,成為人們推崇的“稻草變黃金”的范例。洪廣言等應(yīng)用醇鹽法制備了十幾種稀土氫氧化物、氧化物的超微粉；用絡(luò)合-沉淀法制備了超微Y2O3粉；運(yùn)用溶膠-凝膠法制備了CeO2納米晶及多種稀土復(fù)合氧化物超微粉；運(yùn)用共沉淀法制備了鋁酸鑭超微粉；采用乙二醇為溶劑和絡(luò)合劑制備的PbTiO3超微粉，比傳統(tǒng)固相反應(yīng)合成溫度降低了約23013。1.4無機(jī)膜與敏感材料的研究孟廣耀等12利用高溫熔鹽離子交換法獲得固體電解質(zhì)Ag+-Al2O3，設(shè)計(jì)并發(fā)展了全固態(tài)SOx傳感器；中國科技大學(xué)氣敏傳感器實(shí)驗(yàn)室還研制了CO、C2H2、C2H4等多種氣敏傳感器，有的已達(dá)國際先進(jìn)水平。彭定坤等13建立了先進(jìn)而有效的溶膠-凝膠工藝，制得了-Al2O3超微粉及Y2O3穩(wěn)定的ZrO2膜；通過不同溶劑中的溶膠-凝膠過程，研制了有支撐體和無支撐體的TiO2膜。彭定坤、孟廣耀等發(fā)展了化學(xué)氣相沉積法(CVD)和金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積法(MOCVD)，合成了高溫超導(dǎo)體YBa2Cu3O7-x薄膜和透氫的Pd-Ni、Pd-Y膜。1.5電、磁功能材料的研究蘇勉曾、林建華等用軟化學(xué)方法合成一系列稀土-過渡金屬間化合物14，制得了10余種滿足制備稀土永磁粘結(jié)磁體要求的金屬間化合物。任玉芳等合成了300多種不同組成的稀土與Ti、V、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Mo、W、Ir、In、Sn的復(fù)合氧化物及稀土復(fù)合硫化物，稀土復(fù)合氟化物，稀土磷化物；研究了它們的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，光電、熱電、氣敏、熱敏、磁敏