材料化学
Chemistry of Materials
吕凤柱
Tel：82322759； Office: 511 Email: lfz619@
中国地质大学材料科学与工程学院
2 普通材料合成化学
2.1 材料合成化学概论
2.1.1 无机材料合成化学 2.1.2 材料合成的基本问题 2.1.3 材料合成化学中若干前沿问题
2.2 材料的气相合成反应 2.3 材料的液相合成反应 2.4 材料的固相合成反应
2.1.1 无机材料合成化学
1. 合成化学的地位与作用
合成是进行研究的首要内容 化学研究内容:自化然学界：的成在本、原质结子构、和分性子能水以平及上相研互究转物化质的组
创造新物学质科，（主合要成是化发学现是和核合心成）大量化合 合成、制备
容量信息传输、超高密度信息储存方面发挥 巨大作用。
导电材料
光电材料
无机材料应用
（3）生物医用材料 除了人工骨、人工牙齿、HAP陶瓷、心脏瓣膜
与血管支架等生物材料之外，还将利用特种纳米粒 子，进行细胞分离、染色，生物探针标记及利用纳 米制成药物或新型抗体进行临床疾病诊断。
无机材料应用
（4）信息功能材料 主要应用于信息技术中，材料的制作将向着微型
3. 无机合成(制备)中的分离问题
化学合成中分离非常重要
无机合成中分离重要：
无机材料对组成和结构都 有特殊要求
无机合成中分离注意两点：
注重反应的定向性与反应原子的经济性，尽力减少 副产物与废料，
充分重视分离方法和技术的改进和建立。特殊的 分离问题必须特殊设计方法。
传统的分离方法: 如重结晶、分级结晶和分级沉淀、升华、分馏、 离子交换和色谱分离、萃取分离
• 由于特种合成技术和操作的应用，使大量新的 合成路线和方法应运而起。 例如由于高温合成技术的应用使得特殊（高温
固相相界面反应、高温相变、高温熔炼和晶体生长， 高温下的化学转移反应，熔盐电解甚至等离子体电弧、
种合成反应大量发展起来。
总结：就今后的无机合成来说，对特种合成技术和方 法以及相关的反应规律和原理的了解与掌握变得愈来 愈重要了。
a. 大量由固相反应或界面反应合成的无机材 料，其反应只能在高温或高温/高压下进行；
例如新型无机半导体超薄膜，具有特种表面 结构的固体催化材料和电极材料需要在超高 真空下合成；
2. 无机合成(制备)中的实验技术和方法问题
b. 大量低价态化合物和配合物只能在无氧无 水的实验条件下合成； c. 晶态物质的“造孔”反应需要在中压水热 合成条件下完成； d.大量非金属间化合物的合成和提纯需要在低 温真空下进行……
结构的鉴定和表征内容：
对合成产物的结构确证； 特殊材料结构中非主要组分的结构状态和物化性
能的测定； 为了进一步指导合成反应的定向性和选择性，还
需对合成反应过程中间产物的结构进行检测。
➢ 常规的结构鉴定和表征方法：
常规的组成分析，X射线衍射，各类光谱如可 见、紫外、红外、拉曼、核磁等，以及针对 不同材料的要求，检测其相应的性能指标外， 往往还需应用一些特种检测方法。
研究必须具备的条件（原理与规律）
常规合成 特殊条件下的合成， 基于反应规律
定向设计
认识的不断加深
A 、XY型分子筛： 合成的晶态硅铝酸 盐，孔道有规律， 性能独特
无定形硅酸盐
依赖于天然沸石形成规律和机理
总结合成规律，指导合成不同结构沸石
总结：无机合成的发展主要决定于人们对合成 化学和反应规律认识的深化程度
第四次技术革命 有人说目前正处在第四次技术革命的前夜 这次技术革命以信息技术、新材料技术、新能源技术和生物 工程技术为基础。
无机材料应用
（1）新型能源转换和储能材料 主要在电动汽车和混合动力车等新一代
环境协调型交通工具上发展。
无机材料应用
（2）新型光电子材料及器件 集中在信息技术数字化、网络化、超大
化和智能化方向发展，在第三代移动通讯及数字化信 息技术中，能扮演重要角色。
无机材料应用
(5) 轻质高强材料 未来汽车工业和高速列车上，对新一代轻质高强、高 韧的复合材料提出了要求。
而轻质、高强、耐高温、多功能防灾的水泥基复合基 材料，以及能诊断、自修复智能化建筑结构材料将是 明确的研究方向。 （美国9.11恐怖事件发生后， ）。
2. 无机合成(制备)中的实验技术和方法问题 随着实际应用的需要，在无机合成中特 殊结构无机材料的制备需要各种特殊实验技 术和方法。(如膜、超微粒、非晶态……) 反过来由于特种合成技术和操作的应用， 使大量新的合成路线和方法应运而起。
硫平仪 膜
2. 无机合成(制备)中的实验技术和方法问题
特殊实验技术和方法
合 材
材 料
料
第一次技术革命——产业革命 始于18世纪的英国，物质 基础是钢铁材料，而伴随的新技术则是蒸汽机的发明；
第二次技术革命——电气革命 1879年爱迪生发明了电灯， 一系列电气材料相继诞生与广泛应用，
第三次技术革命——电子革命 20世纪中叶，新导电、导磁 材料和半导体材料的发明和应用，带来了计算机的广泛应用 以及原子能的利用；
材料学家的任务有3个主要领域：制备、 表征与性能测试 （制备是首要任务）
合成化学带动科技进步（例子）
2. 无机合成化学的地位与作用
• 无机合成化学是无机化学学科的一个重要 分支。
(1) 内涵扩大 (2) 实验条件特殊化
• 无机材料的使用则是人类文明的进步和时
代划分的标志。
石 器
材
铜
料
器
铁
材
复
器
料
重结晶示意图
分馏装置图 液相色谱层析仪
特种的分离方法:
如低温分馏、低温分级蒸发冷凝、低温吸附分离、
高温区域熔融、晶体生长中的分离技术、特殊的
色谱分离、电化学分离、渗析、扩散分离等，以
及利用性质的差异充分运用化学分离方法等等。
4. 无机合成(制备)中的结构鉴定和表征问题
结构的鉴定和表征的作用：在无机合成中是 具有指导作用的。
总结：目前无机合成化学已成为推动无机化学 及有关学科发展的重要基础，成为发展新型无 机材料及现代高新技术的重要基础之一。
2.1.2 材料合成的基本问题
材料合成基本问题
反应规律 技术方法 分离与表征 结构鉴定与表征
1、无机合成(制备)化学与反应规律问题
无机合成化学研究内容：有一定结构、性能
的新型无机化合物或无机材料合成路线的设计和 选择、合成方法的改进及创新