具体描述
《无机合成化学及技术》是一部深入探讨无机化合物制备原理、方法、工艺及其应用的高等教育教材，旨在为化学、材料科学、药学、环境工程等相关专业的学生和研究人员提供系统、全面的知识体系。本书的编写着眼于理论与实践的紧密结合，不仅阐述了无机合成的基本概念、分类和发展历程，更着重介绍了各类无机材料的合成方法、关键技术控制以及在现代工业和高新技术领域的广泛应用。 第一部分：无机合成化学基础 本部分将从无机合成的基本概念入手，首先对无机合成的定义、研究对象以及其在化学科学和国民经济中的重要地位进行概述。接着，将系统梳理无机合成的历史发展脉络，从早期经验性的制备方法到现代高度发展的精密合成技术，展现其科学化、系统化的演进过程。 随后，本书将深入剖析无机合成的理论基础，重点介绍反应机理、热力学与动力学在合成过程中的作用。例如，将详细讲解各类化学反应类型，包括氧化还原反应、酸碱反应、沉淀反应、配位反应等，并结合具体的无机合成实例，阐释反应条件的优化策略，如温度、压力、浓度、pH值、反应时间等的精确控制如何影响产物的收率、纯度和晶型。 物质的结构与性能之间的关系是无机合成的核心，本书将为此提供深入的理论支撑。将介绍晶体学基础，包括晶格结构、对称性、衍射等概念，并阐述晶体生长动力学和热力学原理，为理解和控制晶体形态、尺寸和取向提供理论依据。同时，还将深入探讨固相反应、气相反应、液相反应等不同相态下的合成机理，以及固-固、固-气、液-液、液-气等界面反应的特点和调控手段。 此外，本部分还将引入现代无机合成中常用的表征技术。包括X射线衍射（XRD）用于晶体结构分析，扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）用于形貌和微观结构观察，能量色散X射线光谱（EDX）和X射线光电子能谱（XPS）用于元素组成和表面化学状态分析，红外光谱（IR）和拉曼光谱（Raman）用于官能团和分子振动信息获取，核磁共振波谱（NMR）在特定无机物研究中的应用等。对这些表征技术的原理、操作方法和数据解析的掌握，是有效进行合成优化和产物鉴定的关键。 第二部分：无机合成方法与技术 本部分是本书的核心内容，将详细介绍各种主要的无机合成方法及其技术要点。 2.1 固相合成法： 重点介绍固相反应的原理，包括扩散控制、表面反应等。详细讲解球磨法、高温固相反应法、微波辅助固相法等具体技术。分析其适用范围、优缺点，以及如何通过优化研磨、烧结温度、气氛等参数来提高产物质量和反应效率。例如，在氧化物陶瓷的制备中，固相法是经典且常用的方法，本书将通过具体案例，阐释如何通过精细控制原料粒径、混合均匀度以及烧结过程，获得具有优异性能的陶瓷材料。 2.2 液相合成法： 涵盖溶液法、溶胶-凝胶法、水热/溶剂热法、沉淀法等。 溶液法： 讨论不同溶剂的选择原则，反应温度、浓度、pH值对沉淀生成、晶型控制的影响。 溶胶-凝胶法： 详细介绍醇盐水解缩聚、金属盐水解等过程，分析其在制备精细陶瓷、催化剂前驱体、多孔材料等方面的优势。着重阐述凝胶化、干燥和烧结过程中的相变与微观结构演变。 水热/溶剂热法： 深入讲解在高温高压水或有机溶剂中的反应机理，强调其在合成纳米晶体、沸石、金属有机框架（MOFs）等特殊结构材料方面的独特优势。将分析反应温度、压力、溶剂种类、添加剂等因素对产物形貌、尺寸和晶型的控制。 沉淀法： 介绍均匀沉淀法、分步沉淀法等，讨论共沉淀技术在制备复合氧化物、稀土材料等方面的应用。将分析过饱和度、搅拌速率、陈化时间等对沉淀物粒径、形貌和纯度的影响。 2.3 气相合成法： 介绍化学气相沉积（CVD）、物理气相沉积（PVD）等技术。 CVD： 详细讲解前驱体气体的选择、反应区域的控制、基底材料的选择以及沉积过程的动力学。重点介绍常压CVD、低压CVD、等离子体增强CVD（PECVD）等工艺，并给出在半导体器件、功能薄膜、纳米材料制备中的具体应用实例。 PVD： 涵盖蒸发法、溅射法等，分析其在制备高熔点金属、合金、光学薄膜等方面的特点。 2.4 其他新兴合成技术： 微波合成法： 介绍微波加热在加速反应、提高效率、降低能耗方面的优势，以及其在快速合成纳米材料、催化剂等方面的应用。 超声波辅助合成法： 探讨超声空化效应如何促进反应物混合、活化表面，以及在制备纳米粉体、分散体中的应用。 模板法/自组装法： 介绍利用物理或化学模板（如胶体晶体、有机分子、生物大分子）来构筑有序结构材料，以及利用分子间自发组装形成纳米结构的原理。 第三部分：无机材料的合成与技术应用 本部分将结合具体的无机材料类别，深入探讨其合成方法、工艺控制以及在各个领域的实际应用。 3.1 氧化物材料： 电子陶瓷： 如钛酸钡（BaTiO3）、锆钛酸铅（PZT）等铁电、压电材料的固相合成、溶胶-凝胶法制备，及其在电容器、传感器、执行器中的应用。 发光材料： 如稀土掺杂氧化物荧光粉、LED用荧光粉的固相合成、共沉淀法制备，及其在照明、显示领域的应用。 催化剂： 如负载型氧化物催化剂、复合氧化物催化剂的制备方法（浸渍法、溶胶-凝胶法、共沉淀法），及其在石油化工、环保领域的应用。 3.2 复合材料： 金属氧化物纳米复合材料： 如TiO2/SiO2、ZnO/Al2O3等，通过不同合成方法的组合，实现性能协同增强，在催化、吸附、传感器等方面的应用。 无机-有机杂化材料： 如有机硅化合物与无机氧化物形成的杂化材料，在涂层、密封、复合材料等领域的应用。 3.3 纳米材料： 金属纳米粒子： 如金、银、铂等纳米粒子的化学还原法、热分解法制备，及其在催化、生物医学、传感器等领域的应用。 半导体纳米材料： 如量子点（CdSe, CdS等）的水热法、胶体合成法，及其在光电器件、生物成像中的应用。 碳纳米材料： 如碳纳米管、石墨烯等（虽非传统无机物，但常与无机合成技术结合），其制备方法及其在复合材料、储能领域的应用。 3.4 功能性无机材料： 磁性材料： 如铁氧体、稀土永磁体的制备技术，及其在信息存储、电机中的应用。 导电材料： 如导电聚合物/无机物复合材料、金属氧化物纳米线等，及其在电子器件、电化学储能中的应用。 多孔材料： 如沸石、金属有机框架（MOFs）、介孔二氧化硅等的合成方法，及其在吸附、分离、催化、药物缓释中的应用。 3.5 环境与能源材料： 吸附剂： 如用于废水处理的改性粘土、沸石、活性炭（虽为有机物，但制备工艺与无机合成紧密相关）的制备与应用。 催化剂： 用于环境污染治理的催化剂（如汽车尾气净化催化剂、VOCs处理催化剂）的合成与优化。 储能材料： 如锂离子电池正负极材料、超级电容器材料等的合成技术。 第四部分：无机合成的工艺放大与产业化 本部分将探讨从实验室合成走向工业化生产的挑战与策略。 工艺设计与优化： 强调反应器选择、传质传热、安全性设计、连续化生产等工业化过程的关键考量。 成本控制与经济性： 分析原料成本、能源消耗、设备投资、生产周期等因素对产品成本的影响，以及如何通过工艺改进降低成本。 质量控制与标准化： 介绍工业生产中质量控制体系的建立，批次稳定性、产品规格化、标准制定等。 绿色合成与可持续发展： 关注环境友好的合成路线、溶剂回收利用、废弃物减量化与无害化处理，以及能源效率的提升，体现可持续发展理念在无机合成技术中的应用。 本书力求通过详实的理论阐释、丰富的实例分析和对前沿技术的介绍，帮助读者建立起扎实的无机合成化学知识基础，掌握关键的合成技术，并能够将其应用于实际的材料设计与开发中，为我国无机材料科学与产业的发展贡献力量。
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