水热合成法研究.doc

水热合成法研究 摘 要 水热法是19世纪中叶地质学家模拟自然界成矿作用而开始研究的。1900年后科学家们建立了水热合成理论,以后又开始转向功能材料的研究。目前用水热法已制备出百余种晶体。水热反应依据反应类型的不同可分为水热氧化、水热还原、水热沉淀、水热合成、水热水解、水热结晶等。其中水热结晶用得最多。在这里简单介绍一下它的原理: 水热结晶主要是溶解———再结晶机理。首先营养料在水热介质里溶解,以离子、分子团的形式进入溶液。利用强烈对流(釜内上下部分的温度差而在釜内溶液产生) 将这些离子、分子或离子团被输运到放有籽晶的生长区(即低温区) 形成过饱和溶液,继而结晶。 本文主要分析了水热合成法的原理、特点，实验装置，合成工艺，产物特性及其表征方法。并且以锂离子电池负极材料的制备，例举了水热合成法的应用。 关键词：水热合成；高压釜；过热；高压；成核 目 录 第1章 水热合成法简介 第2章 水热合成法分类 第3章 水热合成法特点 第4章 水热合成法装置 第5章 水热合成法工艺 第6章 水热反应介质的性质 第7章 水热合成成核与生长 第8章 水热合成产物的表征方法 第9章 水热合成应用实例 第10章 参考文献 水热合成法简介 水热法(Hydrotherma1)，属液相化学的范畴，是指在特制的密闭反应器(高压釜)中，采用水溶液作为反应体系，通过对反应体系加热，加压(或自生蒸气压)，创造一个相对高温、高压的反应环境，使得通常难溶或不溶的物质溶解并且重结晶而进行无机合成与材料处理的一种有效方法。 水热法生长晶体，是19世纪中叶地质学家模拟自然界成矿作用而开始研究的，地质学家Murchison首次使用“水热”一词。1845年K.F.Eschafhautl以硅酸为原料在水热条件下制备石英晶体。一些地质学家采用水热法制备得到了许多矿物，到1900年已制备出约80种矿物，如石英，长石，硅灰石等。1900年以后，G.W.Morey和他的同事在华盛顿地球物理实验室开始进行相平衡研究，建立了水热合成理论，并研究了众多矿物系统。1900年后科学家们建立了水热合成理论,以后又开始转向功能材料的研究[1]。 1982年4月在日本横滨举行第一届水热反应和溶剂热反应(Hydrothermal reactions and solvothermal reactions)国际会议。 目前用水热法已制备出百余种晶体。水热反应依据反应类型的不同可分为水热氧化、水热还原、水热沉淀、水热合成、水热水解、水热结晶等。其中水热结晶用得最多。 水热合成法分类 按研究目的的不同，可分为水热晶体生长（用来生长各种单晶）、水热反应（用来制备各种功能陶瓷粉体）、水热处理反应（完成某些有机反应或对一些危害人类生存环境的有机废弃物进行处理）、水热烧结反应（在相对较低的温度下完成对某些陶瓷材料的烧结）等。 按反应方式可分为以下几种类型[2、3]： (1) 水热氧化：高温高压水、水溶液等溶剂与金属或合金可直接反应生长性的化合物。 例如： M + [0] → MxOy 其中M为铬、铁及合金等 (2) 水热沉淀：某些化合物在通常条件下无法或很难生成沉淀，而在水热条件下却生成新的化合物沉淀。 例如： KF + MnCl2 → KMnF2 (3) 水热合成：可允许在很宽的范围内改变参数， 使两种或两种以上的化合物起反应， 合成新的化合物。 例如： FeTiO3 + K0H → K2O·TiO2 (4) 水热还原：一些金属类氧化物、 氢氧化物、碳酸盐或复盐用水调浆， 无需或只需极少量试剂，控制适当温度合氧分压等条件，即可制得超细金属粉体。 例如： MexOy +H2 → * xMe + yH2O 其中Me为银、铜等 (5) 水热分解：某些化合物在水热条件下分解成新的化合物，进行分离而得单一化合物超细粉体。 例如： ZrSiO4 + NaOH → ZrO2 + Na2SiO3 (6) 水热结晶:可使一些非晶化合物脱水结晶。 例如： Al(OH)3 → Al203·H20 按反应设备分类 釜式间歇水热反应：以反应釜作为反应容器，间歇性投料和获取产品，非稳态。 管式连续水热反应：以金属列管作为反应容器，仪器控制连续投料并获取产品。 按反应温度分类 中温中压：100-240℃，1-20MPa 高温高压：大于240℃，大于20MPa 水热合成法特点 水热合成是指在密封体系如高压釜中，以水为溶剂，在一定温度和水的自生压力下，原始混合物进行反应的一种合成方法。[5] 在水热反应中，水既可作为一种化学组分起作用并参与反应，又可是溶剂和膨化促进剂，同时又是压力传递介质，通过加速渗透反应和控制其过程的物理化学因素，实现无机化合