固体无机化合物的制备及应用

固体无机化学是跨越无机化学、固体物理、材料科学等学科的交叉领域，尤如一个以固 体无机物的“结构”、“物理性能”、“化学反应性能”及“材料”为顶点的四面体，是 当前无机化学学科非常活跃的新兴分支学科。近些年来，该领域不断发觉具有特异性能及 新结构的化合物，如高温超导材料、纳米相材料、C60等，一次又一次地震撼了整个国际 学术界。 固体无机化合物材料的制备大多是利用高温固相反应，这些反应难以限制，能耗大， 成本高。为此，发展了其它各种合成方法,如前体法、置换法、共沉淀法、溶化法、水热 法、微波法、气相输运法、软化学法、自扩散法、力化学法、分子固体反应法（包括固相 有机反应和固相配位化学反应）等。其中，近年来提出的软化学合成方法最为突出，它力 求在中低温或溶液中使起始反应物在分子态尺寸上匀称混合，进行可控的一步步反应，经 过生成前驱或中间体，最终生成具有指定组成、结构和形貌的材料。 1、 光学材料的探讨 苏勉曾等用均相沉淀法在水溶液中合成了氟氯化钡铕（Ⅱ），经过处理后制得无余辉 、发光性能良好的多晶体。用这种多晶体制成的高速增感屏，其增感因素是钨酸钙中速屏 的45倍，已被全国2000所医院运用。1983年，苏勉曾等在系统探讨氟卤化物的X-射线发 光及紫外发光现象的过程中，发觉了BaFXEu2 晶体经X-射线辐射后着色的现象，起先 留意到晶体中色心生成，并于1984年起先探讨晶体的X-射线诱导的光激励光现象及发光机 理，用光激励发光材料制成了图像板，作为X-射线的面探测器。 苏镪等用溶胶-凝胶-凝胶法合成一系列的稀土硅酸盐和铝酸盐等固体纯相发光材料， 使合成温度降低了1503000C；用燃烧法合成了发蓝光的多铝酸盐BaMgAl10O17Eu2 和 发绿光的Ce0.57Tb0.33MgAl12O20..5荧光体，该法具有反应时间很短，不须要还原性气氛 爱护，运用炉温从15000C降到6000C，节能效果显著等优点；他们首次发觉，在空气中当 以3价离子Sm3 ，Eu3 和Yb3 不等价部分取代碱土硼酸盐SrB4O7中的Sr2 时，可使掺 入的3价稀土离子还原为2价，此项工作于1993年发表后，马上引起国际同行的留意。苏镪 等还依据视察到有关Dy3 的发光规律和敏化方式，合成一些掺Dy3的发白光的材料，制 成光通量超过我国部颁标准的汞灯。 2、 多孔晶体材料的探讨 徐如人、庞文琴等在水热法合成各种类型分子筛的基础上，发展了溶剂热合成法，利 用前驱体和模板剂，制备了一系列水热技术无法合成的新型磷酸盐及砷酸盐微孔晶体，所 合成的JDF-20是目前世界上孔中最大的微孔磷酸铝；1989年，徐如人、冯守华等首次报道 了微孔硼铝酸盐的合成和性质，之后，又获得了一系列新型微孔硼铝氯氧化物。其中硼的 配位数可取4也可取3，但不会高于4；铝、镓、铟的配位数大多超过4，有的甚至达到6。 全部这些都突破了传统分子筛纯粹由四面体结构基元构成的概念，为开发新型结构特征的 微孔材料供应了丰富的试验依据。 庞文琴等还系统探讨了介孔分子筛的不同合成途径，首创了湿凝胶加热合成法及干粉 前驱体灼烧合成法合成MCM-41。她们还开发了双硅源法并胜利合成了丝光沸石大单晶体； 在非碱性介质中利用F－离子作矿化剂，胜利合成了一系列高硅沸石分子筛大单晶体及一 些笼形氧化硅大单晶。 3、 纳米相功能材料及超微粒的探讨 近几年来，我国科学家在纳米管和其它功能纳米材料探讨方面，取得了具有重要影响 的7项成果，引起国际科技界的很大关注。范守善等首次利用碳纳米管胜利地制备出GaN一 维纳米棒，并提出了碳纳米管限制反应的概念，该项成果成为1997年Science杂志评比出 的十大科学突破之一；他们还与美国斯坦福高校戴宏杰教授合作，在国际上首次实现硅衬 底上的碳纳米管阵列的自组装生长，推动了碳纳米管在场放射和纳米器件方面的应用探讨 。解思深等利用化学气相法制备纯净碳纳米管技术，合成了大面积定向纳米管陈设，该项 工作发表在1996年的Science上；他们还利用改进后的基底，胜利地限制了碳纳米管的生 长模式，大批量地制备出长度为23mm的超长定向纳米碳管，该项工作发表于1998年的Na ture上。张立德等应用溶胶-凝胶与碳热还原相结合的方法及纳米液滴外延等新技术，首 次合成了准一维纳米丝和纳米电缆，在国际上受到高度重视。钱逸泰等用γ-射线辐射法 或水热法及两者的结合，胜利地制备出各种纳米粉；用溶剂热合成技术首次在3000C左右 制得30mmGaN，此外，他们还利用溶剂热法制得了InP及CrN、Co2P、Ni2P、In2S3等纳米相 化合物；用催化热分解法从CCl4制得纳米金刚石，该项成果发表于1998年的Science上， 成为人们推崇的“稻草变黄金”的范例。 4、 无机膜与敏感材料的探讨 孟广耀等利用高温溶盐离子交换法获得固体电解质Ag-β″-Al2O3，设计并发展了全 固态SOx传感器；中国科技高校气敏传感器试验室还研制了CO、C2H2、C2H4等多种气敏传 感器，有的已达国际先进水平。彭定坤等建立了先进而有效的溶胶-凝胶工艺，制得了γ - Al2O3超微粉及Y2O3稳定的ZrO2膜；通过不同溶剂中的溶胶-凝胶过程，研制了有支撑体 和无支撑体的TiO2膜。彭定坤、孟广耀等发展了化学气相沉积法（CVD）和金属有机化学 气相沉积法（MOCVD），合成了高温超导体Yba2Cu3O7－x薄膜和透氢的Pb-Ni、Pb-Y膜。 5、电、磁功能材料的探讨 苏勉曾、林建华等用软化学方法合成一系列稀土-过渡金属间化合物，制得了10余种 满意制备稀土永磁粘结磁体要求的金属间化合物。任玉芳等合成了300多种不同组成的稀 土与Ti、V、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Mo、W、Ir、In、Sn的复合氧化物及稀土复合硫化物， 稀土复合氟化物，稀土磷化物；探讨了它们的结构和性质，光电、热电、气敏、热敏、磁 敏等传感性质，快离子导电性质、超导性质及影响电性的规律；并探讨开发了这些性质的 应用。1987年，任玉芳等在国际上较早提出临界温度为90.4K的掺银的Y-Ba-Cu-Ag-O超导 材料。 6、 C60及其衍生物的探讨 1990年底，中国科学院化学探讨所和北京高校起先C60团簇的合成试验探讨，尔后国 内10余个单位相继开展了C60的探讨，取得了很好的结果，如首先在国际上建立了重结晶 分别C60和C70的方法；在国内首次获得了K3C60和Rb3C60超导体，达到了当时的国际先进 水平；发觉在阴极中掺杂Y2O3可以大大提高阴极沉积物中等碳纳米管的含量；首先报道了 干脆氧化含氮化合物的探讨成果等。 7、 多酸化合物的探讨 顾翼东等在常温及很低酸度下合成了活性粉状白钨酸，使钨化学探讨取得重要突破； 谢高阳等以活性白钨酸为原料，制备了多种不同结构的含钨化合物。王恩波等结合钨、钼 、钒的催化、抗病毒、抗肿瘤、抗爱滋病等特性，合成了