软化学和绿色合成方法.ppt

1) Mix the oxalates of zinc and iron together in water in a 1:1 ratio. Heat to evaporate off the water, as the amount of H2O decreases a mixed Zn/Fe acetate (probably hydrated) precipitates out. Fe2((COO)2)3 + Zn(COO)2 → Fe2Zn((COO)2)5·xH2O 2) After most of the water is gone, filter off the precipitate and calcine it (1000°C). Fe2Zn((COO)2)5 → ZnFe2O4 + 4CO + 4CO2 Coprecipitation Synthesis of ZnFe2O4 1). Reactants of comparable water solubility cannot be found. 2). The precipitation rates of the reactants is markedly different. 3). Accurate stoichiometric ratios may not always be maintained. 第三十一页，共44页。 软化学和绿色合成方法 第一页，共44页。 5.1 软化学(Soft Chemistry) 在超高温高压或超低温、超真空、强射线辐射、失重等极端条件下的化学合成，如自蔓延高温合成、固体火焰燃烧反应以及一些爆炸反应等。 硬化学： 可在温和条件下缓慢反应，且可以较容易地控制反应步骤，因而易于实现对其化学反应过程、路径和机理的控制，从而可以根据需要控制过程的条件，对产物的组分和结构进行设计，进而达到“剪裁”其理化性质的目的。 软化学： 第二页，共44页。 5.1 软化学(Soft Chemistry) 溶胶－凝胶 Sol-Gel Process 低热固相反应 synthesis at room temperature 先驱物法 precursor route 嵌入反应 Intercalation 脱嵌反应 De-intercalation 脱水反应 Dehydration 离子交换 Ion Exchange 拓扑 化学 分类 第三页，共44页。 5.2 溶胶－凝胶法 (sol-gel) 胶体（colloid）是一种分散相粒径很小的分散体系，分散相粒子的重力可以忽略，粒子之间的相互作用主要是短程作用力。 溶胶（Sol）是具有液体特征的胶体体系，分散的粒子是固体或者大分子，分散的粒子大小在1～1000 nm之间。 凝胶（Gel）是具有固体特征的胶体体系，被分散的物质形成连续的网状骨架，骨架空隙中充有液体或气体，凝胶中分散相的含量很低，一般在1％～3％之间。 第四页，共44页。 用含高化学活性组分的化合物作前驱体，在液相下将这些原料均匀混合，并进行水解、缩合化学反应，在溶液中形成稳定的透明溶胶体系，溶胶经陈化胶粒间缓慢聚合，形成三维空间网络结构的凝胶，凝胶网络间充满了失去流动性的溶剂。凝胶经过干燥、烧结固化制备出分子乃至纳米亚结构的材料。 应用：具有不同特性的氧化物型薄膜，如V2O5, TiO2, MoO3, WO3, ZrO2, Nb2O3等。 溶胶－凝胶法 (sol-gel) 第五页，共44页。 溶胶－凝胶法的基本原理 溶剂化： M(H2O)nz+=M(H2O)n-1(OH)(z-1)+H+ 水解反应： M(OR)n+xH2O=M(OH)x(OR)n-x+xROH------M(OH)n 缩聚反应： 失水缩聚：-M-OH+HO-M-=-M-O-M-+H2O 失醇缩聚：-M-OR+HO-M-=-M-O-M-+ROH 分子态——聚合体——溶胶——凝胶——晶态或非晶态 第六页，共44页。 水解反应机理 第七页，共44页。 缩聚反应机理 第八页，共44页。 测定前驱物金属醇盐的水解程度（化学定量分析法） 测定溶胶的物理性质（粘度、浊度、电动电位） 胶粒尺寸大小（准弹性光散射法、电子显微镜观察） 溶胶或凝胶在热处理过程中发生的物理化学变化（XRD、中子衍射、DTG-TG） 反应中官能团及键性质的变化（红外、拉曼） 固态物体的核磁共振谱测定M-O结构状态 溶胶－凝胶法的测试方法 第九页，共44页。 起始原料是分子级的能制备较均匀的材料 较高的纯度 组成成分较好控制可降低程序中的温