材料化學(xué)ChemistryofmaterialsBetterchemistry,betterlife!材料化學(xué)Betterchemistry,betterl1鋁曾經(jīng)比金銀還要珍貴……100多年前，英國(guó)皇家學(xué)會(huì)贈(zèng)送門捷列夫鋁杯?！疤觳诺陌l(fā)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)在夢(mèng)中。”

法國(guó)皇帝拿破侖三世為了顯示自己的尊貴，用鋁作了一頂頭盔，成為轟動(dòng)一時(shí)的新聞。引言2011年，全球消費(fèi)5050億個(gè)鋁易拉罐。熔鹽電解法制取金屬鋁。鋁曾經(jīng)比金銀還要珍貴……100多年前，英國(guó)皇家學(xué)會(huì)贈(zèng)送門捷列2引言實(shí)際問(wèn)題合成方法方案應(yīng)用材料引言實(shí)際問(wèn)題合成方法方案應(yīng)用材料3材料的制備方法液相法水熱溶劑熱法液相沉淀法

熔鹽法固相法純固相反應(yīng)兩相反應(yīng)三相反應(yīng)氣相法物理氣相沉積化學(xué)氣相沉積材料的制備方法液相法水熱溶劑熱法液相沉淀法熔鹽法固相法純4為什么高壓鍋煮飯、燉肉時(shí)間短、效率高？我們周圍還有哪些水熱/溶劑熱過(guò)程？水熱/溶劑熱法為什么高壓鍋煮飯、燉肉時(shí)間短、效率高？我們周圍還有哪些水熱/5教學(xué)目標(biāo)掌握水熱溶劑熱方法的原理掌握反應(yīng)釜的使用方法和注意事項(xiàng)了解水熱/溶劑熱方法在材料制備領(lǐng)域中的應(yīng)用進(jìn)展教學(xué)目標(biāo)掌握水熱溶劑熱方法的原理6水熱/溶劑熱合成技術(shù)基本概念發(fā)展歷程方法原理儀器設(shè)備應(yīng)用案例水熱/溶劑熱合成技術(shù)基本概念7水熱/溶劑熱合成：在一定溫度(100-1000oC)和壓力(1-100MPa)條件下，利用溶液中物質(zhì)間的化學(xué)反應(yīng)，制備功能材料的一種有效方法。1.基本概念水熱法(HydrothermalSynthesis)：在密閉反應(yīng)器中，采用水溶液作為反應(yīng)體系，創(chuàng)造一個(gè)相對(duì)高溫、高壓的反應(yīng)環(huán)境，使得通常難溶或不溶的物質(zhì)溶解，并且重結(jié)晶而合成材料的方法。溶劑熱法(SolvothermalSynthesis)：將水熱法中的水換成有機(jī)溶劑（有機(jī)胺、醇、氨、四氯化碳或苯等）。水熱/溶劑熱合成：1.基本概念水熱法(Hydrother89最早采用水熱法制備材料：1845年K.F.Eschafhautl以硅酸為原料在水熱條件下制備石英晶體；一些地質(zhì)學(xué)家采用水熱法制備得到了許多礦物，到1900年已制備出約80種礦物，其中經(jīng)鑒定確定有石英，長(zhǎng)石，硅灰石等；1900年以后，G.W.Morey和他的同事在華盛頓地球物理實(shí)驗(yàn)室開(kāi)始進(jìn)行相平衡研究，建立了水熱合成理論，并研究了眾多礦物系統(tǒng)。

2.

水熱法的發(fā)展9最早采用水熱法制備材料：1845年K.F.Eschafh9101985年，Bindy首次在“Nature”雜志上發(fā)表文章報(bào)道了高壓釜中利用非水溶劑合成沸石的方法，拉開(kāi)了溶劑熱合成的序幕。到目前為止，溶劑熱合成法已得到很快的發(fā)展，并在材料制備中具有越來(lái)越重要的作用。2.溶劑熱法的發(fā)展錢逸泰院士101985年，Bindy首次在“Nature”雜志上發(fā)表文103.

方法原理(1)離子積變高(2)粘度、密度、表面張力變低(3)熱擴(kuò)散系數(shù)變高(4)蒸氣壓變高水的變化對(duì)反應(yīng)的影響(1)離子間反應(yīng)加速(2)水解反應(yīng)加速(3)氧化還原電勢(shì)改變3.方法原理(1)離子積變高(2)粘度、密度、表面張力11C(H+)·C(OH-)=KW,其中KW稱作水的離子積常數(shù)。溫度/度壓力Kw250.1MPa10-141000.1MPa10-1210001GPa10-7.85100015-20GPa完全解離水的離子積隨P和T的增加迅速增大，當(dāng)1000oC，15-20GPa條件下，此時(shí)水完全解離成H3O+和OH-，幾乎類同于熔融鹽。水的電離：(1)離子積變高C(H+)·C(OH-)=KW,其中KW稱作水的離子積常數(shù)12使溶液中的分子和離子的活動(dòng)性大為增加，在水熱溶液中存在著十分有效地?cái)U(kuò)散，從而使反應(yīng)加快。例如在300-500oC時(shí)，水熱溶液的粘度約為9-14×10-5Pa.s，較常溫常壓下水溶液的粘度低約兩個(gè)數(shù)量級(jí)。(2)粘度、密度、表面張力變低使溶液中的分子和離子的活動(dòng)性大為增加，在水熱溶液中存在著十分13水熱條件下水的熱擴(kuò)散系數(shù)比其在常溫常壓下有較大的增加，這使得水熱溶液比常溫常壓下的水溶液具有更大的對(duì)流驅(qū)動(dòng)力。熱擴(kuò)散系數(shù)：反映溫度不均勻的物體中溫度均勻化速度的物理量。(3)熱擴(kuò)散系數(shù)變高水熱條件下水的熱擴(kuò)散系數(shù)比其在常溫常壓下有較大的增加，這使得1415(4)蒸氣壓變高壓力的作用在于通過(guò)增加分子間碰撞的機(jī)會(huì)而加快反應(yīng)，高壓對(duì)原子外層電子具有解離作用，促進(jìn)氧化反應(yīng)。15(4)蒸氣壓變高壓力的作用在于通過(guò)增加分子間碰撞的機(jī)會(huì)154.儀器設(shè)備聚四氟乙烯內(nèi)襯、不銹鋼外套4.儀器設(shè)備聚四氟乙烯內(nèi)襯、不銹鋼外套164.儀器設(shè)備注意事項(xiàng)：合理的填充度（50%-80%）合理的溫度（<200oC）新反應(yīng)細(xì)致調(diào)研后再開(kāi)展慎重使用醫(yī)?；瘜W(xué)品充分冷卻后再處理反應(yīng)釜用后及時(shí)清理洗滌4.儀器設(shè)備注意事項(xiàng)：17Chem.Mater.2006,18,3599.CuS的立方八面體銅線串起來(lái)的糖葫蘆J.Am.Chem.Soc.2008,130,5650.納米磁手鏈銀芯納米電纜J.Am.Chem.Soc.2008,130,11606.J.Am.Chem.Soc.2005,127,2822.Chem.Mater.2006,18,3599.Cu18溶劑熱法制備二氧化鈦微球鈦酸四正丁酯和一水合檸檬酸溶于無(wú)水乙醇，200oC處理30小時(shí)。J.Adv.Physi.Chem.2014,3,17.溶劑熱法制備二氧化鈦微球鈦酸四正丁酯和一水合檸檬酸溶于無(wú)水乙19水熱處理香蒲制備納米多孔催化劑水熱處理(180oC,12h)香蒲的花穗制備高比表面氮摻雜的納米多孔碳材料，作為高效燃料電池氧還原催化劑。水熱處理香蒲制備納米多孔催化劑水熱處理(180oC,120水熱法制備酚醛樹脂超級(jí)結(jié)構(gòu)J.Am.Chem.Soc.2013,135,12928.水熱處理(160oC,4h)水熱法制備酚醛樹脂超級(jí)結(jié)構(gòu)J.Am.Chem.Soc.21高壓鍋批量制備通納米線InorganicChemistry,2014,53,4440.高壓鍋批量制備通納米線InorganicChemistry22溫度對(duì)產(chǎn)物的顯著影響T<160oC:nanotubesT.Kasuga,etal.Langmuir1998,14,3160.X.B.Cao,J.ColloidInterfaceSci.2014,415,48.X.B.Cao,Nanoscale2014,6,1434.X.B.Cao,Nanoscae2013,5,3486;.X.B.Cao,J.Mater.Chem.2012,22,16890.X.B.Cao,J.Mater.Chem.2011,21,12503.X.B.Cao,Chem.Commun.2010,5906.X.B.Cao,Sci.Adv.Mater.2010,2,390.X.B.Cao,J.Mater.Chem.2010,20,2322.X.B.Cao,J.SolidStateChem.2009,182,2912.T>160oC:nanowiresornanoribbons溫度對(duì)產(chǎn)物的顯著影響T<160oC:nanotubes23攪拌促進(jìn)超長(zhǎng)納米管生長(zhǎng)AdvancedMaterials,2014,26,6111.攪拌促進(jìn)超長(zhǎng)納米管生長(zhǎng)AdvancedMaterials,24水熱/溶劑熱宏量組裝碳納米纖維Acc.Chem.Res.,

2013,

46,1450水處理、浮油回收、柔性電子器件……水熱/溶劑熱宏量組裝碳納米纖維Acc.Chem.Res.25水熱-溶劑法制備二氧化鈦納米纖維膜材料的合成過(guò)程與組裝過(guò)程合二為一。Chin.J.Chem.

2012,30,1469.水熱-溶劑法制備二氧化鈦納米纖維膜材料的合成過(guò)程與組裝過(guò)程合26反應(yīng)釜內(nèi)襯紋路引導(dǎo)納米纖維自組裝J.Mater.Chem.2012,22,16890反應(yīng)釜內(nèi)襯紋路引導(dǎo)納米纖維自組裝J.Mater.Chem27反應(yīng)釜三維空間內(nèi)納米纖維自組裝Unpublishedresults！反應(yīng)釜三維空間內(nèi)納米纖維自組裝Unpublishedres2829(1)無(wú)法觀察晶體生長(zhǎng)和材料合成的過(guò)程。(2)設(shè)備要求耐高溫高壓的鋼材，耐腐蝕的內(nèi)襯、技術(shù)難度大溫壓控制嚴(yán)格、成本高。(3)存在安全隱患。存在問(wèn)題29(1)無(wú)法觀察晶體生長(zhǎng)和材料合成的過(guò)程。存在問(wèn)題29小結(jié)高溫高壓環(huán)境、溶劑性質(zhì)改變、反應(yīng)加速。(2)操作簡(jiǎn)單、可制備豐富多彩的材料。(3)既可以制備材料，又可以組裝材料。小結(jié)高溫高壓環(huán)境、溶劑性質(zhì)改變、反應(yīng)加速。(2)操作簡(jiǎn)單、30Thankyou！Thankyou！31材料化學(xué)ChemistryofmaterialsBetterchemistry,betterlife!材料化學(xué)Betterchemistry,betterl32鋁曾經(jīng)比金銀還要珍貴……100多年前，英國(guó)皇家學(xué)會(huì)贈(zèng)送門捷列夫鋁杯?！疤觳诺陌l(fā)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)在夢(mèng)中。”

法國(guó)皇帝拿破侖三世為了顯示自己的尊貴，用鋁作了一頂頭盔，成為轟動(dòng)一時(shí)的新聞。引言2011年，全球消費(fèi)5050億個(gè)鋁易拉罐。熔鹽電解法制取金屬鋁。鋁曾經(jīng)比金銀還要珍貴……100多年前，英國(guó)皇家學(xué)會(huì)贈(zèng)送門捷列33引言實(shí)際問(wèn)題合成方法方案應(yīng)用材料引言實(shí)際問(wèn)題合成方法方案應(yīng)用材料34材料的制備方法液相法水熱溶劑熱法液相沉淀法

熔鹽法固相法純固相反應(yīng)兩相反應(yīng)三相反應(yīng)氣相法物理氣相沉積化學(xué)氣相沉積材料的制備方法液相法水熱溶劑熱法液相沉淀法熔鹽法固相法純35為什么高壓鍋煮飯、燉肉時(shí)間短、效率高？我們周圍還有哪些水熱/溶劑熱過(guò)程？水熱/溶劑熱法為什么高壓鍋煮飯、燉肉時(shí)間短、效率高？我們周圍還有哪些水熱/36教學(xué)目標(biāo)掌握水熱溶劑熱方法的原理掌握反應(yīng)釜的使用方法和注意事項(xiàng)了解水熱/溶劑熱方法在材料制備領(lǐng)域中的應(yīng)用進(jìn)展教學(xué)目標(biāo)掌握水熱溶劑熱方法的原理37水熱/溶劑熱合成技術(shù)基本概念發(fā)展歷程方法原理儀器設(shè)備應(yīng)用案例水熱/溶劑熱合成技術(shù)基本概念38水熱/溶劑熱合成：在一定溫度(100-1000oC)和壓力(1-100MPa)條件下，利用溶液中物質(zhì)間的化學(xué)反應(yīng)，制備功能材料的一種有效方法。1.基本概念水熱法(HydrothermalSynthesis)：在密閉反應(yīng)器中，采用水溶液作為反應(yīng)體系，創(chuàng)造一個(gè)相對(duì)高溫、高壓的反應(yīng)環(huán)境，使得通常難溶或不溶的物質(zhì)溶解，并且重結(jié)晶而合成材料的方法。溶劑熱法(SolvothermalSynthesis)：將水熱法中的水換成有機(jī)溶劑（有機(jī)胺、醇、氨、四氯化碳或苯等）。水熱/溶劑熱合成：1.基本概念水熱法(Hydrother3940最早采用水熱法制備材料：1845年K.F.Eschafhautl以硅酸為原料在水熱條件下制備石英晶體；一些地質(zhì)學(xué)家采用水熱法制備得到了許多礦物，到1900年已制備出約80種礦物，其中經(jīng)鑒定確定有石英，長(zhǎng)石，硅灰石等；1900年以后，G.W.Morey和他的同事在華盛頓地球物理實(shí)驗(yàn)室開(kāi)始進(jìn)行相平衡研究，建立了水熱合成理論，并研究了眾多礦物系統(tǒng)。

2.

水熱法的發(fā)展9最早采用水熱法制備材料：1845年K.F.Eschafh40411985年，Bindy首次在“Nature”雜志上發(fā)表文章報(bào)道了高壓釜中利用非水溶劑合成沸石的方法，拉開(kāi)了溶劑熱合成的序幕。到目前為止，溶劑熱合成法已得到很快的發(fā)展，并在材料制備中具有越來(lái)越重要的作用。2.溶劑熱法的發(fā)展錢逸泰院士101985年，Bindy首次在“Nature”雜志上發(fā)表文413.

方法原理(1)離子積變高(2)粘度、密度、表面張力變低(3)熱擴(kuò)散系數(shù)變高(4)蒸氣壓變高水的變化對(duì)反應(yīng)的影響(1)離子間反應(yīng)加速(2)水解反應(yīng)加速(3)氧化還原電勢(shì)改變3.方法原理(1)離子積變高(2)粘度、密度、表面張力42C(H+)·C(OH-)=KW,其中KW稱作水的離子積常數(shù)。溫度/度壓力Kw250.1MPa10-141000.1MPa10-1210001GPa10-7.85100015-20GPa完全解離水的離子積隨P和T的增加迅速增大，當(dāng)1000oC，15-20GPa條件下，此時(shí)水完全解離成H3O+和OH-，幾乎類同于熔融鹽。水的電離：(1)離子積變高C(H+)·C(OH-)=KW,其中KW稱作水的離子積常數(shù)43使溶液中的分子和離子的活動(dòng)性大為增加，在水熱溶液中存在著十分有效地?cái)U(kuò)散，從而使反應(yīng)加快。例如在300-500oC時(shí)，水熱溶液的粘度約為9-14×10-5Pa.s，較常溫常壓下水溶液的粘度低約兩個(gè)數(shù)量級(jí)。(2)粘度、密度、表面張力變低使溶液中的分子和離子的活動(dòng)性大為增加，在水熱溶液中存在著十分44水熱條件下水的熱擴(kuò)散系數(shù)比其在常溫常壓下有較大的增加，這使得水熱溶液比常溫常壓下的水溶液具有更大的對(duì)流驅(qū)動(dòng)力。熱擴(kuò)散系數(shù)：反映溫度不均勻的物體中溫度均勻化速度的物理量。(3)熱擴(kuò)散系數(shù)變高水熱條件下水的熱擴(kuò)散系數(shù)比其在常溫常壓下有較大的增加，這使得4546(4)蒸氣壓變高壓力的作用在于通過(guò)增加分子間碰撞的機(jī)會(huì)而加快反應(yīng)，高壓對(duì)原子外層電子具有解離作用，促進(jìn)氧化反應(yīng)。15(4)蒸氣壓變高壓力的作用在于通過(guò)增加分子間碰撞的機(jī)會(huì)464.儀器設(shè)備聚四氟乙烯內(nèi)襯、不銹鋼外套4.儀器設(shè)備聚四氟乙烯內(nèi)襯、不銹鋼外套474.儀器設(shè)備注意事項(xiàng)：合理的填充度（50%-80%）合理的溫度（<200oC）新反應(yīng)細(xì)致調(diào)研后再開(kāi)展慎重使用醫(yī)?；瘜W(xué)品充分冷卻后再處理反應(yīng)釜用后及時(shí)清理洗滌4.儀器設(shè)備注意事項(xiàng)：48Chem.Mater.2006,18,3599.CuS的立方八面體銅線串起來(lái)的糖葫蘆J.Am.Chem.Soc.2008,130,5650.納米磁手鏈銀芯納米電纜J.Am.Chem.Soc.2008,130,11606.J.Am.Chem.Soc.2005,127,2822.Chem.Mater.2006,18,3599.Cu49溶劑熱法制備二氧化鈦微球鈦酸四正丁酯和一水合檸檬酸溶于無(wú)水乙醇，200oC處理30小時(shí)。J.Adv.Physi.Chem.2014,3,17.溶劑熱法制備二氧化鈦微球鈦酸四正丁酯和一水合檸檬酸溶于無(wú)水乙50水熱處理香蒲制備納米多孔催化劑水熱處理(180oC,12h)香蒲的花穗制備高比表面氮摻雜的納米多孔碳材料，作為高效燃料電池氧還原催化劑。水熱處理香蒲制備納米多孔催化劑水熱處理(180oC,151水熱法制備酚醛樹脂超級(jí)結(jié)構(gòu)J.Am.Chem.Soc.2013,135,12928.水熱處理(160oC,4h)水熱法制備酚醛樹脂超級(jí)結(jié)構(gòu)J.Am.Chem.Soc.52高壓鍋批量制備通納米線InorganicChemistry,2014,53,4440.高壓鍋批量制備通納米線InorganicChemistry53溫度對(duì)產(chǎn)物的顯著影響T<160oC:nanotubesT.Kasuga,etal.Langmuir1998,14,3160.X.B.Cao,J.ColloidInterfaceSci.2014,415,48.X.B.Cao,Nanoscale2014,6,1434.X.B.Cao,Nanoscae2013,5,3486;.X.B.Cao,J.Mater.Chem.2012,22,16890.X.B.Cao,J.Mater.Chem.2011,21,12503.X.B.Cao,Chem.Commun.2010,5906.X.B.Cao,Sci.Adv.Mater.2010,2,390.X.B.Cao,J.Mater.Chem.2010