第三章-水热和溶剂热法.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 图3-14 Te纳米管(带)的TEM照片： (f-g) Te纳米管，(h) Te纳米带卷曲形成Te纳米管的过程 Adv. Mater., 2002, 14(22), 1658-1662. Y. Xie等采用表面活性剂辅助的乙醇热路线成功地制备了PbX(OH) (X=Cl, Br, I)微管。工艺过程如下：将PbAc2·2H2O、NaX(X=Cl, Br, I)、Triton X-100按摩尔比1:2:1依次加入含有乙醇的反应釜中，然后在180?C下分别反应72、48、12小时，即可获得产物。 图3-15 产物的SEM照片：(a, d) PbCl(OH), (b, e) PbBr(OH), (c, f) PbI(OH) Chem. Lett., 2004, 33(2), 194-195. 利用水热、溶剂热技术也能合成一些其他形貌的低维纳米材料。Y. Cheng等以PEG-400为表面活性剂，MoO3、NaOH、醋酸铅为原料，在160?C下反应20h，制备了树枝状分形的PbMoO4纳米晶 图3-16 树枝状分形的PbMoO4的SEM(A, B)和TEM(C)照片 J. Phys. Chem. B 2005, 109, 794-798. Adv. Mater., 2004, 16(18), 1636-1640. S. H. Yu等进一步发展了水热合成技术，设计了一个新颖的水热-碳化反应成功合成了Ag/C纳米同心电缆。其工艺如下：在搅拌条件下，先将5g定粉溶解在40mL80?C二次蒸馏水中，再另取5mmolAgNO3溶解在10mL二次蒸馏水中，将上述两溶液混合在高压釜中，在160?C下反应12h。 图3-17所得同心纳米电缆的SEM和TEM照片 三、微晶或单晶材料的水热、溶剂热合成 将一定量的SiO2和1.0-1.2mol/L NaOH(矿化试剂)溶液装入高压釜中(80-85%)，控制反应釜下半部(溶解区)温度在360-380?C之间，上半部(结晶区)在330-350?C之间，釜内压力约1500kg/cm2。此时，在反应釜的下半部是SiO2的饱和溶液，上升到上半部时，因温度降低而使SiO2呈过饱和状态，而导致?-SiO2单晶的生成。 硬硅酸钙石(Ca6Si6O17(OH)2)的合成 将等摩尔的CaO和SiO2，置于150-300?C下反应一段时间可获得 石英晶体的制备 水热法是目前制备适用于光学仪器和压电晶体元件的大块优质水晶的唯一方法。 用水热法还可制备出其他高质量的单晶材料，如刚玉(?-Al2O3)、Cr3+掺杂的?-Al2O3及在酸性溶液中生长的Au、Ag、As、Te、CuO等单晶。 Y. H. Ni课题组根据Pb2+可与S2O32-形成配离子的特性，设计了一个简单水热体系，以Pb(CH3COO)2、Na2S2O3为起始反应物，当Pb2+与S2O32-的摩尔比为1:4时，在100?C下反应5h，成功地制备了具有魔方结构的PbS微晶。 研究显示，在其他条件恒定时，改变Pb2+与S2O32-的摩尔比对产物的形状有较大的影响。当Pb2+/S2O32- = 1:1时产物的形貌为三棱柱； 1:2时则为立方体； 1:3时魔方结构开始形成； 1:4时形成完美的魔方结构状晶体 图3-18 不同摩尔比率下产物的SEM照片：Pb2+/S2O32-摩尔比(A) 1:1, (B) 1:2, (C) 1:3 and (D) 1:4. 反应温度是影响产物形貌的另一个重要因素。 图3-19 相同摩尔比(Pb2+/S2O32- = 1:4)和反应时间(5h)，不同温度下所得产物的SEM照片： (A) 80?C, (B) 120?C，150?C 研究不同水热反应时间下产物的形貌，可以了解终产物的形貌演化过程。 图3-20 相同摩尔比(Pb2+/S2O32- = 1:4)和反应温度(100?C)，不同反应时间下所得产物的SEM照片：A) 1h, B) 3h, C) 5h, D) 10h 不同的起始浓度、铅离子源对产物的形貌都有影响。当起始浓度是原来的2倍时，产物为花形晶体，而起始浓度是原来的1/2时，产物为立方块状晶体(见图3-21)； 图3-21 不同起始浓度下所得产物的SEM照片：A) [PbAc2]=0.002 mol/l, [Na2S2O3]=0.008mol/l；B) [PbAc2]=0.0005 mol/l, [Na2S2O3]=0.002mol/l