无机合成化学的热点领域.ppt

通常的离子晶体是无色透明的 色心—缺陷 本征缺陷 非外来杂质引起的，由晶体构造的某种不完善性带来的缺陷叫本征缺陷。包括： （1）晶体组分偏离化学整比 （2）点阵格位上缺少某些原子 （3）点阵格位间隙处存在间隙原子 （4）一类原子占据了另一类原子的格位 半导体晶体中的点缺陷 电阻率介于10-2~107cm，介于典型金属和典型绝缘体之间的材料； 分为元素半导体和化合物半导体两类。 色心的应用 光学材料着色，宝石着色 色心激光晶体 光敏材料，光致变色材料：信息存储与读写。 色心晶体的制备 加热法 辐照法 电子束法 ◇ 热化学循环分解水 氢能源是21世纪的清洁能源。 虽然有多种制氢方法，但是热化学循环分解水的研究颇有生命力，这是因为根据能量衡算，它可能成为能耗最低的和最合理的制氢工艺。 最为成熟的制氢热化学循环系统 第1种：用硫酸二氧化二镧为循环试剂的热化学循环 该反应系列需要的最高温度为650K，HI的最高产率为32%。 无机合成化学 的热点领域 根据缺陷的尺寸,缺陷的分类: (1)点缺陷，零维缺陷 (2) 线缺陷，一维缺陷 (3) 面缺陷，二维缺陷 (4) 体缺陷，三维缺陷 (5) 电子缺陷 1.色心晶体的合成 所有具有特定性能的无机物都有其本身固有的结构与组成。如以缺陷为例，由于物质的很多性质与晶体内的有关缺陷存在相关联，因而各类结构缺陷的制备以及相关制备规律与测定方法的研究，是目前无机合成化学的一个前沿课题。 平移对称性的破坏 平移对称性示意图 Point Defect （1）概念 电子 空穴 电子性缺陷 空位 间隙原子 位错原子或离子 外来原子或离子 原子或离子缺陷 晶核 晶体生长 长成的晶体 显微图样 Planar Defect 3.0 TiO2 3.2 ZnO 3.6 ZnS 0.67 Ge 1.14 Si 5.33 C Band gap (eV) Element semiconductors 缺陷对晶体性质的影响 （1）对力学性质的影响 （2）对催化性能的影响 （3）对电学性质的影响 （4）对光学性质的影响 （5）对晶体颜色的影响 2 特种结构无机材料的制备 具有特定结构与化学属性的表面与界面的制备、层状化合物与其特定的多面体、各类层间嵌插结构与特定结构链状无机物的制备、混价无机物和特定结构的配合物或簇合物的制备以及近期发展蓬勃的分子基材料和具有特种孔道结构材料的合成与制备等。 插层化合物的制备反应 层板上的原子以强烈的共价键相互作用，层间以分子间力作用的层状或层柱状化学物质，它们具有纳米级的层厚度、一定的层电荷密度、层间具静电引力作用等特点 应用柔软化学法处理层状化合物，使其剥离成具有基本最小结晶构造 通过高温高压处理，重组调控层间距，得到复合化合物。通常将具有插层结构并具有特定功能的插层化合物称为插层材料(layered and pillared material)，它们可作选择性吸附剂、选择性催化剂及磁性材料多孔材料合成的前驱体和锂二次电池的正极材料等。 插层主体(Host) 一些极性分子可以通过吸附、插入、夹入、悬挂、柱撑、嵌入等方式破坏分子间力进入层状化合物的层间而不破坏其层状结构 。 插层客体(guest) 插层复合物 (intercalation complex) 2009年5月10～15日，第15届层间化合物国际会议(15th International Symposium on Intercalation Compounds，简称ISIC15）在清华大学举办。ISIC作为两年一度的国际会议，自从1977年在法国的La Napoule首次举办以来，至今已经有32年历史，目前已经成为世界插层化合物及相关材料研究的重要学术交流平台。ISIC15的主题涉及层状材料及层间化合物、炭及石墨材料、超导与超晶格材料、能量储存和转换材料等领域的物理与化学问题。 ISIC 水法冶金就是对高温冶金的改造。例如，储氢合金的化学合成。一个典型反应是 此反应原先的工业方法是将高纯金属组分按配比装在高温电弧炉或感应炉中，在真空或惰性气氛保护下熔炼。 微 热 储氢合金是怎样工作的？ 合金氢化物实际应用的关键是它们能吸入和放出同量的氢气而性质不发生变化。 储氢合金的典型吸放氢曲线 氢化前，须将合金磨碎至粒状并进行活化，放入中压至高压的氢气氛中令其吸氢，借以消除对吸氢不利的表面障碍物，吸氢饱和后再升温减压使之放氢。 符合实用要求的储氢合金应满足的条件： ◇ 价格或制造成本低廉 ◇ 原料易得 ◇ 高的储氢容量 ◇ 容易活化 ◇ 充放氢动力学性质优越 ◇