基本介紹
- 中文名：水熱溶劑熱合成
- 外文名：Hydrothermal solvent thermal synthesis
- 特點：可操作性和可調變性強
- 套用學科：無機合成化學
- 反應類型：合成反應、水解反應等
簡介,反應特點,反應類型,反應裝置,套用,
簡介
水熱與溶劑熱合成的一個重要特點是可操作性和可調變性強。隨著對此類合成方法的深入研究，開發出的水熱與溶劑熱合成反應已有多種類型。基於這些反應而發展的水熱與溶劑熱合成方法與技術具有其他合成方法無法替代的特點，顯示出廣闊的發展前景。
水熱與溶劑熱合成與固相合成的差別在於反應機理的差異。固相反應的機理主要以界面擴散為特點，而水熱和溶劑熱反應主要以液相中化學個體間的反應為特點。顯然，不同的反應機理首先可以導致不同結構的生成，此外即使產物結構相同也可能由於生成機理的差異，從而為產物引入不同的形貌與新性能，例如在液相條件下，往往可以生成完美的晶體。
反應特點
水熱溶劑熱合成化學具有如下特點：
1、由於在水熱與溶劑熱條件下反應物反應性能的改變、活性的提高以及對產物生成的影響，水熱與溶劑熱合成方法有可能代替固相反應等進行難於在一般合成條件下進行的化學反應。也可以根據反應的特點開發出一系列新的合成路線。
2、由於在水熱與溶劑熱條件下某些特殊的氧化還原中間態、介穩相以及某些特殊物相易於生成，因此能合成與開發出一系列特種價態、特種介穩結構、特種聚集態的新物相與物種。
3、使低熔點、高蒸氣壓且不能在熔體中生成的物質以及高溫條件下容易分解的物相能夠在水熱與溶劑熱的低溫條件下晶化生成。
4、水熱與溶劑熱的低溫、等壓與液相反應等條件，有利於生長缺陷少的完美晶體，也易於控制產物晶體的粒度與形貌。
5、由於易於調節水熱與溶劑熱條件下的環境氣氛與相關物料的氧化還原電位．因此有利於某些特定低價態、中間價態與特殊價態化合物的生成，並能均勻地進行摻雜。
反應類型
水熱與溶劑熱反應的基本類型如下：
1、合成反應
通過數種組分在水熱或溶劑熱條件下直接化合或經中間態進行化合反應。利用此類反應可合成大量多晶或單晶材料。
2、晶化反應
在水熱與溶劑熱條件下，使溶膠、凝膠等非晶態物質進行晶化反應，大量沸石與微孔晶體的合成屬此類反應。
3、水解反應
在水熱與溶劑熱條件下，進行加水分解的反應，如醇鹽水解等。
4、水熱與溶劑熱條件下的單晶培養
在籽晶存在下生長完美大單晶，如水晶（石英單晶）等多功能人工晶體的培養。
5、轉晶反應
利用水熱與溶劑熱條件下物質熱力學和動力學穩定性差異進行的棚變反應，眾多介穩態微孔晶體的轉晶即屬此列。
反應裝置
水熱與溶劑熱的反應裝置主要包括高壓反應容器和反應控制系統。高壓反應容器是進行水熱與溶劑熱合成實驗的基本設備；反應控制系統通常包括溫度控制、壓力控制和封閉系統控制。
高壓反應容器通常稱為高壓反應釜（autoclave），其材質的選擇比較重要，要求機械強度大、耐高溫、耐腐蝕，密封嚴密。按照不同的分類標準，高壓反應釜可分為不同類型。如按加熱條件可分為在釜體外部加熱的外熱高壓釜和在內部安裝加熱裝置的內熱高壓釜；按密封方式可分為自緊式高壓釜和外緊式高壓釜；按反應體系可分為用於封閉實驗的高壓釜和用於開放系統的流動反應器和擴散反應器等。
通常說來，用於封閉實驗的反應釜主要都是由以下幾部分組成：釜蓋、釜身、襯裡。釜蓋和釜身通常採用不鏽鋼材料，有時為增強抗壓能力，也採用碳纖維或玻璃纖維增強的鋼材料；為增加體系的密閉性，也會在釜蓋和釜身間加一襯墊。襯裡通常採用耐酸鹼的聚四氟乙烯材料，如果反應溫度較高，也可更換為石英襯裡。有時如果反應物與外層材料不反應，也可採用無襯裡的不鏽鋼反應釜。下圖為常見的不鏽鋼高壓反應釜：
不鏽鋼高壓反應釜在水熱與溶劑熱實驗中，反應釜的填充度是非常重要的反應參數。填充度是指反應混合物占密閉反應釜空間的體積分數。為保證反應物在實驗中處於液相傳質的反應狀態，同時防止由於填充度過大導致的反應自生壓力過大，因此填充度一般控制在60%～80%。
套用
無機功能材料的水熱與溶劑熱合成，利用水熱與溶劑熱環境，可以合成各種各樣的具有新穎結構和性能的無機功能材料。
沸石分子篩是一類典型的介穩多孔晶體材料，這類材料具有周期排布的孔道結構，其孔口尺寸、形狀、維數和孔壁性質等均可調變，從而使得這類材料具有豐富的功能，可以套用在催化、吸附以及離子交換等領域。水熱合成是沸石分子篩最經典的合成方法，溶劑熱合成則是從1985年乙二醇和丙醇體系中合成全矽方鈉石開始，可使用的溶劑有乙醇、甘油等。
