低热固态化学反应与材料合成

卢博文

摘    要： 本文主要描述了低热固态化学反应在材料合成方面相关的进展情况，同时总结出低热固态化学反应所拥有的优点，譬如总体效率偏高，低碳环保，以及简便等其他方面的优势。在材料合成方面有良好的发展前景。

关键词： 低热固态    合成材料    化学反应

很久以前，人们就已经掌握了低热固态化学反应这门技术。最早人们只是用于烧制瓷器，后来发展到青铜器时代，再到现在社会中的钢铁，半导体，以及其他一些等材料的研究中，这一系列过程都离不开低热固态化学反应。

1.低热固态反应的发展过程

所谓固态反应，通常情况下都是表示在高温情形下固态的反应，截止到目前，已经有了大量固体材料。不过通常高温固态反应大多是只是用在热力学非常稳固的化合物上，而且一些属于低热条件下的稳化合物及动力学上稳定的化合物，通常运用高温合成的效果并不是非常理想。因此人们在提升固态反应速度的阶段中，降低了反应的温度，分析和研讨了一系列新的材料合成方法[1]。譬如水热法、微波法等其他相关的方法。不过这种合成方法出现非常大的问题，具体而言，操作较繁杂，成本费用偏高等，因此没有进行推广应用。

在20世纪的80年代末，温室固态化学反应被人们发掘和研发出来。经过了多年实验改善，低热固态化学反应合成材料在技术技术已经有了很大进展，这种方法显著的优势就是在固态反应过程中的温度可以在一定程度上降到室温。另外其整体的操作非常简单，同时不使用溶剂、环保节约能源等，这一点比较满足现代绿色发展的需求，因而得以广泛推广。

2.低热固态化学反应的合成材料

2.1原子簇与三阶非线性光学材料

原子簇属于无机化学、结构化学、催化学等多种学科的综合领域，并且具有多样性、催化性、生物活性等多方面的化学特性。低热固态化学反应合成原子簇化合物能消除溶剂化作用，在合成过程中能得到溶液中得不到的化学物质。目前通过此种合成方法已经得到了200多种类型的簇合物，比如一些半开口类型：

类立方烷结构的（Et N） [MoOS Br （u-Br）] ·2H O，

蝶形结构MoOS Cu （PPh ） （Py） ，

鸟巢状结构的[MoOS Cu （py） X]（X=Br，I）

三阶非线性光学性里面基本上涵盖了光线辐，自散焦聚焦，以及其他相关的内容，等等。运用该类非线性现象可以制作不同类型的器件，譬如混频调制及储存等类型的器件。

2.2纳米材料

纳米材料含有块状大颗粒材料没有的特点，使用固态化学反应法能合出纳米化合物所具有的优点。固态反应物颗粒的大小与产物成核、成长速度有着很大的关系，要是产物的成核速度比生长速度还要快，这样就能得到纳米粒子，反之就是块状物。固态化学反应通常情况下取得的球状纳米粒子，粒子的大小控制在1～100nm之间。在控制之后精确的处理好温度，就能控制纳米粒子的大小。在有模板是情况，能合成不同的现状和不同排列方式的纳米材料[2]。

2.3电学材料

玻璃电极被广泛地用在测量水溶液的pH值上。因为这一类电极比较脆弱，成本还比较高对温度具有不稳定性，体积较大等原因受到使用的限制。所以人们也不断寻求对于pH较敏感的全新材料。MnO 的发现被用于干电池、锂电池、镁锰电池等中作为正极材料，研制出了价格低廉的MnO 。制作MnO 的方法主要有：譬如二价锰的硝酸盐和碳酸盐，电解二价锰的溶液，以及其他类似的手段和措施。但是现在通过使用固态反应合成纳米的MnO ，将使用此方式得到的MnO 粉状物涂抹在电机上，就发现电极对pH值的反应就会变得灵敏并且稳定。

2.4金属有机化合物

金属有机化合物有优越的催化性能，被大量用在了有机合成领域。以前，有关金属有机化合物的研究不够深入，但是固态反应能进行100%的转化，经过转化所得出的反应产物也不同于液态的反应产物。相关的专业人员把金属有机固态进行归纳，目前有机金属反应被分为两类：

（1）不同的反应物进行混合的反应过程;（n C H Me）Re（co） Br和NaI合成（n C H Me）Re（co） I 等产物。

（2）在反应过程中都属于共结晶过程。（n C H Me）W（co） I与（n C H Bu）W（co） Br在70℃，固态条件下[FcCHMeNMe ]I（Fc=二茂铁基）、HOC H CHO-4、K CO 反应，制配出了有机金属化合物FcCHMeOC H CHO-4，此化合物所得产物率可达到84%。

2.5催化剂和催化反应

芳香族化合物的羟基化反应在化学中占有主导地位。过渡金属配合物使用低热固态化学反应能催化出芳香族化合物的羟基化。比如，酪氨酸酶活性还有木质素的生物合成都离不开Cu（II）催化芳香族化合物的羟基化反应。在催化过程中使用低热固态反应所合成的Cu（II）化合物配合催化剂，在有双氧水的条件下，催化苯酚羟基化H苯胺的低聚。

低热固态化学反应及材料合成类别非常多，譬如多酸化合物，电学材料、超导材料、半导体，以及其他相关的内容[3]。

3.结语

固态合成属于一种比较有研究价值的合成方法，人们早就把这种合成方法运用到各种工业生产之中，通过多年的实践逐渐掌握了低热固态化学反应性，由于缺少必要性的系统指导，这种技术没能得到较大改进。低热固态化学反应所拥有的优点，比如：效率高、节能、环保、简单方便等。在材料合成方面有良好的发展前景。

参考文献：

[1]李晓陆，杜大明，王永梅，等.含氮杂环化合物固相化学反应研究-Ⅰ.3-甲基-1-苯基-5-吡唑啉酮与羰基化合物的固相反应[J].中国科学B辑，2010，27（2）：104-111.

[2]丁奎岭，王洋，吴养洁，等.固态"绝对"不对称合成[J].有机化学，2013，16（1）：23-29.