中国科学院过程工程研究所多相反应重点实验室水热合成2.2水热合成的特点3.水热反应的类型4.反应介质的性质5.水热合成实验设计的原则6.6水热合成技术和程序7.无机功能材料的水热合成水热合成水热合成是指在定温度和压强下利用水溶液中物质化学反应所水热合成---是指在一定温度和压强下利用水溶液中物质化学反应所进行的合成。水热合成化学侧重于研究水热合成条件下物质的反应性、合成规律以及合成产物的结构与性质。性合成规律以及合成产物的结构与性质水热合成的温度范围:常温—1100C；压强范围:1—。水热合成按反应温度分类：1．低温水热合成：100C以下；可用于沸石等的合成2．中温水热合成：100—300C；经济有效的合成区域3．高温高压水热合成：300C以上；主要用于单晶生长及特种结构矿物学地球—大自然赐予人类的一个完美的水热反应釜—超临界水热合成超临界水：在临界温度374C，临界压力22.1MPa以上的条件下的水。超临界水是一种非极性溶剂，具有完全不同条有完于标准状态的水的物理性质：密度介电常数电离常数（kmol/kg）粘度（cp）（g/cm3）标准状态下的水1．010-230．03临界状态下的水0．-141（550C，25MPa）超临界水的特点超临界水的特点：完全溶解有机物完全溶解空气或氧气完全溶解气相反应的产物对无机物溶解度不高超临界水热合成被广泛应用于无机机能材料的合成，有机氧化催化以及有机及核废料的回收处理等领域。

水热合成与固相合成的比较水热合成与固相合成研究的差别在于反应性不同，这种反应性的不同主要表现在反应机理上，固相反应的反应机理主要以界面扩散为其特点而水热反应则是以液相反应为其特点特点，而水热反应则是以液相反应为其特点。反应机理合成温度反应时间固相反应界面扩散水热合成的特点1.由于水热条件下反应物的反应性能改变以及活性的提高，水热合成方法有可能代替固相反应以及一些难以进行的合成反应。2.由于在水热条件下中间态、介稳态以及特殊物相易于生因此在新型特种介稳结构（孔材料）和特种凝聚态的合成与开发上有着突出的优势。3.在水热条件下易于低熔点化合物、高蒸汽压且不能在熔融体中生成的物质以及高温分解相的合成体中生成的物质以及高温分解相的合成。4.温等压的溶液条件，有利于缺陷少、取向好、形貌完美的晶体的生长，且合成产物结晶度高以及晶体的尺貌完美的晶体的生长且合成产物结晶度高以及晶体的尺寸易于控制。由于易于调节水热条件下环境气氛，因而有利于低价态，5.由于易于调节水热条件下环境气氛因而有利于低价态中间价态与特殊价态的生成并能进行均匀的掺杂。水热反应的基本类型水热合成反应：几种组分在水热条件下发生化合反应如：水热处理反应：利用虽热条件处理某一晶体而得到具有特定性能晶体?反应，如：人工氟石棉人工氟云母水热转晶反应：利用水热条件下下物质热力学和动力学稳定性差异进行的反应，如：长石的反应如：长石高岭石水热离子交换：沸石的阳离子交换；云母的OH-交换为F-水热单晶生长：水热培养大单晶，如SiO2单晶生长水热脱水反应：在一定温度和压力下物质脱水结晶的反应，如温石棉水热分解反应：在水热条件下化合物分解的反应，如：水热萃取反应：在水热条件下从化合物提取金属的反应，如：从钾矿石中钾的水热提取化学组成近于理想成分MgO12.09、.75、H2O13.12；鉴有各种的绿色脂状光泽脂滑感或纤维状的性质；在闭管中加热可放出多量的有各种的绿色，脂状光泽，脂滑感或纤维状的性质；在闭管中加热，可放出多量的水份，这也是和纤维状角闪石不同之处。

可在盐酸中分解，产生氧化硅，但无胶凝的现象；根据其颜色、光泽、较小的硬度、纤维状或块状形态以及产状加以识别。温石棉与角闪石石棉的区别见角问石；著世界著名的温石棉产地有加拿大魁北克省等地。采集地点:美国乔治亚州化CaNa2-HF2由于类质同象置换关系复杂，所以其组成成分不甚固定。这种复杂性主要表现在Ca／Na、系复杂所以其组成成分不甚固定。这种复杂性主要表现在Ca／NaMg／Fe、Al／Fe3、Al／St、OH／F等比值的变化上；鉴具有丁香棕色和纤维状的晶态，不过有时亦甚难和其他的角闪石区，，指丁香以象征这种矿物的颜色。10水热反应的基本类型水热氧化反应：金属与高温高压溶剂得到新化合物的反应，如：水热沉淀反应：水热条件下生成沉淀得到新化合物的反应，如：态物质晶化的反应，如CeO态物质晶化的反应如水热水解反应：在水热条件下进行加水分解的反应，盐水解.如醇盐水解.水热烧结反应：在水热条件下实现烧结的反应，如制备含有羟基等挥发性物质的陶瓷材料。

水热反应烧结：在水热条件下同时进行化学反应和烧结反应。水热热压反应：在水热条件材料固化与复合材料的生成：在水热条件下，材料固化与复合材料的生成反应，如：放射性废料的处理11水热反应的成核机理成核特征1、成核速率随着过冷程度即亚稳性的增加而增加2、存在个诱导期，在此期间不能检测出成核2、存在一个诱在此期间不能检测出成核3、组成的微小变化可引起诱导期的显著变化4、成核反应的发生与体系的早期状态有关成核速率：dN/-E/RTexp-NAgk/RTgk反应物形成临界核的生成自由能E是活化能NA是常数反应介质的性质在水热体系中，随着温度的升高水的性质将产生下列变化：1.蒸汽压变高；2.密度变低；3.表面张力变低；粘度变低4.粘度变低；5.离子积变高。由于水的物理性质的变化而导致水热反应具有以下特征:使离子间的反应加速氧化还原电势发生明显变化13反应介质的作用：溶剂作用；起压力传递介质作用；反应和重排的促进剂；有时作为反应物参加化学反应。14有机溶剂的使用随着水热合成的发展，有机溶剂也被使用，从随着水热合成的发展有机溶剂也被使用从而出现了溶剂热合成。

有机溶剂由于其种类多、有物理和化学性质差异，为合成提供了更多的有物理和化学性质差异为合成提供了更多的选择机会。些常用有机溶剂的物理常数一些常用有机溶剂的物理常数溶剂质量密度冰点沸点介电常数溶积极性乙二醇62.001.109-.72.280.790丙三醇92.061..50.812乙醇46.070.785-.31.690.654丙醇60.100.804-.11.660.602环己醇100.16 0.963 21 160 15.0 1.90 0.500三乙二醇 150.18 1.123 -7 278 23.7 5.58 0.704 15水热合成实验设计的基本原则 研究成果1.1 以溶液为反应物-考虑均匀性 以溶液为反应物 考虑均匀性.2. 创造非 平衡条件-成胶与过饱和3. 尽量用新鲜沉淀.44. 避免引入外来离子5. 尽量采用表面 积大的固体粉末6. 利用晶化反应的模板剂和模板作用77. 选择合适的溶剂8. 尝试 各种配料顺序 16 水热合成技术I— 反应釜 —反应釜是进行水热实验的基本设备。 研究内容和水平在很大程度上取决?诜从Ω 男阅芎托?反应釜的分类：反应釜的分 类1．按密封方式：自紧式高压釜外紧式高压釜2．按密封的机械结构分类： 法兰盘式内螺旋塞式 大螺帽式杠杆压机式3．按压强产生分类：内压釜 ；4．按设计人名分类：如Morey釜；Smith釜等5．按加热条件分类：外热高压釜内热高压釜6．按实验体系分类：高压釜流动反应器和扩散反应 按实验体系分类：高压釜流动反应器和扩散反应器17 反应釜例一 Fill 60 Tube 18 反应釜例二自生压力通用型 气体导入型 19 反应釜例三超高压水热反 应装置 20