晶体合成第1章绪论

无机合成与制备化学,第一章 绪论,Stephen J Lippard： 化学最重要的是制造新物质。化学不但研 究自然界的本质，而且创造出新分子、新催化 剂以及具有特殊反应性的新化合物。化学学科 通过合成优美而对称的分子，赋予人们创造的 艺术；化学以新方式重排原子的能力，赋予我 们从事创造性劳动的机会，而这正是其它学科 所不能媲美的。,化学,合成化学： 无机合成 有机合成 高分子合成 ,合成化学带动产业革命 19世纪-染料工业的开创 20世纪-非金属合成材料工业的建立 20世纪50年代-分子筛催化剂的开发 21世纪-纳米态及团簇的合成与组装,发展合成化学，不断地创造与开发新的物 种，将为研究结构、性能（或功能）与反应 以及它们间的关系，揭示新规律与原理提供 基础，是推动化学学科与相邻学科发展的主 要动力。 纳米制备与合成技术的发展 为建立纳米物理与纳米化学提供了基础 C60及复合氧化物型超导体的合成 推动了团簇化学与物理的建立和超导科学的发展,无机合成的发展： 其内涵大大扩充，它已不仅只局限于昔日传统的合成，且包括了制备与组装科学。 新型无机材料已广泛应用于各个工业和科学领域。 其内容已从常规经典合成进入到大量特种实验技术与方法下的合成，以至发展到开始研究特定结构与性能无机材料的定向设计合成与仿生合成等。其涉及面更为广阔。,1 无机合成基本问题,1.1 无机合成化学与反应规律问题 具有一定结构、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，化合物或 材料合成途径和方法的改进及创新是无机合 成研究的主要对象。,为了开展深入研究，必须具备坚实、广阔 的合成化学基础： 化合物的物理和化学性能、反应性、反应 规律和特点 与结构化学间的关系 热力学、动力学等基本化学原理和规律的 运用 ,催化领域-硅铝酸盐（沸石分子筛）,如何合成出具有规整孔道结构的晶体？ 研究天然沸石 总结合成规律、探索其生成机理 能否合成出孔径更大而孔道更适应催化的？ ,无定形硅铝胶,A型、X与Y型、丝光沸石等,ZSM、纯硅沸石、铝磷体系等,VPI-5型、JDF-20型、Cloverite等,1.2 无机合成中的实验技术和方法问题,大部分特种结构和特种性能的无机物材料 以及某些反应路线的合成只能在特殊实验技 术条件下才能完成。 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生。,特种合成 技术和操作,特种合成 路线和方法,研究重点： 1、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。 2、研究与合成各种各样的新型无机物和物相， 特别是对大量与生物等有关的特殊配合物 和金属有机物，从而开拓边缘学科的发展。 3、半微量甚至微量合成技术问题。,1.3 无机合成中的分离问题,合成和分离是两个紧密相连的问题。 无机材料既对组成（包括微量掺杂）又对 结构有特定要求，因而使用的分离方法更多 更复杂一些。,常规分离： 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、萃取分离等 特种分离： 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,1.4 无机合成中的结构鉴定和表征问题,由于无机材料和化合物的合成对组成和结 构有严格的要求，因而结构的鉴定和表征在 无机合成中是具有指导作用的。 鉴定与表征：常规的组成分析、X射线、 各类光谱、LEED（低能电子衍射） 等一些 特种的近代检测方法。,合成反应与反应规律 指导 合成路线的设计、方法 分离 实验技术和方法 结构鉴定与表征,本课程主要内容： 1、特殊条件下的合成与制备反应。 2、重要类型的无机化合物与材料的合成与制 备化学。 3、适当穿插关于分离方法和技术问题、结构 鉴定和表征问题。,2 有关专著和文献,2.1 主要无机化学大型丛书及有关专著 1. Dictionary of Inorganic and Organometallic Compounds. MacDonald F (Editor). Chapman and Hall, 1996 2. Gmelin Handbook of Inorganic Chemistry. Dahleburg L and Winter M (Editor). Springer-verlag 3. Handbook of Inorganic Compounds. Dale L Perry and Sidney L. Phillips (Editor). 1995 CRC Pr 4. Inorganic Chemicals Handbook. John J Mcketta (Editor). 1993 5. Advances in Inorganic Chemistry Vol 146. Sykes A G (Editor) and others, Academic Pr, 1998 6. Progress in Inorganic Chemistry Vol 147. Kenneth D Karlin (Editor), Stephen J Lippard (Editor) and others. John Wiley and Sons, 1997 7. Inorganic Reactions and Methods. Zuckerman J J (Editor). VCH Pub, 1994,8. Comprehensive Inorganic Chemistry Vol 15. Bailar Jr, J C. Pergamon Press Ltd. 1973 9. Inorganic Chemistry. Shriver D F, Atkins P W and Langford C H. 2nd ed. Oxford University Press, 1994 10. Basic Inorganic Chemistry. Cotton F A, Wilkinson G and Gaus Paul L. 3rd Ed. John Wiley and Sons, 1995 11. Advanced Inorganic Chemistry. Cotton F A. John Wiley and Sons, 1998 12. Structural Inorganic Chemistry. 5th Edition. Oxford Univ Press, 1984 13. Coordination Chemistry. Banerjea D New Delhi; Tokyo: Tata McGraw-Hill, 1993 14. 戴安邦等. 无机化学丛书 第12卷：配位化学. 北京：科学出版社，1987 15. The Organometallic Chemistry of the Transition Metals. Robert H Crab tree. 2nd Ed. New York: John Wiley and Sons, 1994 16. Organometallic Chemistry. Gary O Spessard, Gary L Miessler, Upper Saddle River N J. Prentice-Hall, 1997,17. Inorganic Biochemistry: an Introduction. Cowan J A. 2nd Ed. New York: Wiley-VCH, 1997 18. Bioinorganic chemistry: Transition Metals in Biology and Their Coordination Chemistry, Deutsche Forschungsgemeinschaft; edited by alfred X, Trautwein Weinheim; New York: Wiley-VCH, 1997 19. Solid State Chemistry: and Introduction. Lesley smart and Elaine Moore. 2nd Ed. London; Tokyo: Chapman Tokyo: VCH,1995 9. Experimental Method Inorganic chemistry. John Tanaka, Steven L Suib. Prentice Hall, College Div, 1998 10. Synthesis and Technique in Inorganic Chemistry. Robert J, Angelici, G S, Girolami T B. Rauchfuss, University Science Books, 1999 11. Anorganische Synthesechemie. Heyn b and Hipler G. Berlin: Heidelberg(USW) Springer-Verlag, 1986 12. Microscale Inorganic Chemistry: A Comprehensive Laboratory Experience. Zvi Szafran et al. John-Wiley and Sons, 1991 13. Prepatative Methods in Solid State Chemistry. Hagenmuller P Academic Press, 1972 14. Purification of Laboratory Chemicals. 4th Ed. Armarego W L F, Perrin D R. Butterworth-Heineman, 1997 15. Chemical Approaches to the Synthesis of Inorganic Materials. Rao C N R John Wiley and Sons, 1995,16. Preparation and Characterization of Materials. Honig J M and Rao C N R. Academic Press, 1981 17. Electrochemical Synthesis of Inorganic Compounds: A Bibliograph. Zoltan Nagy. Plenum Press, 1985,2.3 无机化学重要期刊 1. Synthesis and Reactivity in Inorganic and Metalorganic Chemistry（美） 2. Annual Reports on the Progress of Chemistry, Section A-Inorganic Chemistry （英） 3. Inorganic Chemistry（美） 4. Inorginic Chim Acta（意大利） 5. Journal of Chemical Society (London) Dalton Trans; Chemical Communications （英） 6. Polyhedron (The International Journal for Inorganic and Organometallic Chemi- stry（英）) 7. Inorganic Chemistry Communication (Elsevier) 8. Journal of Coordination Chemistry（英） 9. Coordination Chemistry Reviews (Elsevier) 10. Angewandte Chemie（国际版）（德）,11. Zeitschrift Fur Anorganische und Allgemeine Chemie（德） 12. Journal of Organometallic Chemistry（美） 13. Journal of Solid State Chemistry（美） 14. Chemistry of Materials（美） 15. Journal of Materials Chemistry（英） 16. Journal of Inagamic Biochemistry (Elsevier) 17. 无机化学学报（中国）,3 若干前沿课题,3.1 新合成反应、路线与技术的开发以及 相关基础理论的研究 三类主要研究对象： 1、特殊结构的无机化合物和材料 2、特殊聚集态的无机化合物和材料 3、无机功能材料的复合、组装与杂化,3.2 极端条件下的合成路线、反应方法与 制备技术的基础性研究 高真空、无重力 可能合成出没有位错的高纯度晶体 超高压 许多物质的禁带宽度及内外层 轨道的距离均会发生变化 中温中压水热 可晶化出具有特定价态、 特殊构型与晶貌的晶体 ,3.3 仿生与无机合成中生物技术的应用 模拟生物矿化 非常复杂 高效、有序 自动进行 所谓生物矿化是指在生物体内形成矿物质 （无机生物矿物）的过程。,精密、复杂 的合成过程,仿生合成,生物矿化过程： 先形成有机物的自组装 体，无机先驱物在自组 聚集体与溶液相的界面 处发生化学反应，在自 组装体的模板作用下， 形成无机/有机复合体， 将有机模板去除后即得 到有组织的具有一定形 状的无机材料。,有机大分子预组织,界面分子识别,生长调制,细胞加工,3.4 绿色合成反应与工艺的基础性研究 绿色合成的目标-理想合成，即用简单的、 安全的、环境友好的、资源有效的操作，快 速、定量地把价廉、易得的起始原料转化为 天然或设计的目标分子。 原子经济性、零污染、高选择性,3.5 特种结构无机物或特种功能材料的分 子设计、裁剪及分子（晶体）工程学 传统方法 依靠筛选，使化合物从200万种增到2000 万种。 分子工程学 逆向而行，根据所需性能对结构进行设 计和施工。性质-结构-合成与制备。,微孔晶体功能体系 性能要求，计算机辅助 借结构数据库的帮助 借合成反应数据库的指导,设计晶体的孔道模型,选择与制定理想模型及其稳定存在的条件,选择合成方案和修饰途径,为此，目前亟须开展以下工作： 1、完善结构数据库 2、建立与完善造孔合成反应数据库 3、在计算机辅助下进行理想结构模型的设计 工作 4、根据性能或功能的要求进行微孔结构修饰,谢 谢！,