如何用水熱合成法制備納米粉體

　　

　　二.確定溶劑—如果用水做溶劑，則稱為水熱合成反應。如果用其他有機溶劑，則稱為溶劑熱合成反應，不同溶劑對產物的影響相當大。

　　

　　3.熟化溶液—一般文獻中往往會忽略這一步，但這個步驟還是非常重要的。前驅溶液配好以后，將其由燒杯轉移到三口燒瓶中，三口燒瓶的中間一口通電動攪拌器，邊上一口接冷凝管回流，另一口不用的話就用橡皮塞密封。將燒瓶置于恒溫水浴鍋中，在一定溫度下邊加熱邊攪拌。使前驅溶液更均勻的混合，進行初步水解反應。這個過程也可稱為“熟化”。一般在60-80℃，攪拌2h。溶液熟化的目的，就是在水熱合成反應前，讓溶液中的金屬離子與氧之間進行初步絡合，形成M-O-M的結構，其中M代表金屬離子，O為氧。

　　

　　四.pH值。溶液體系pH值的不同對產物的形貌（顆粒狀、棒狀、針狀等）、粒徑大小、晶粒尺寸、結晶度產生重大影響。一般在溶液中加入酸或堿來調節pH值，比如檸檬酸、氨水、氫氧化鈉、氫氧化鉀等。也常將其稱為礦化劑，加入后會形成M+x(OH)x不溶物。

　　

　　五.表面活性劑。表面活性劑的加入會對產物的形貌（顆粒狀、棒狀、針狀等）、粒徑大小、晶粒尺寸、結晶度產生重大影響。在溶液中加入不同的表面活性劑，會得到不同形貌的產物。原理是水熱合成反應過程中，有晶粒析出時，表面活性劑會跟晶粒的某個表面結合，降低其表面能，這就會造成某個晶面的優勢生長，從而對產物的形態產生影響。表面活性劑的另一個重要作用是調節產物的分散性。顆粒形成以后，在表面能的作用下，表面活性劑的一端吸附在顆粒表面，另一端伸展在溶劑中，對顆粒形成包裹，防止顆粒進一步長大，同時防止顆粒之間靠近，從而形成分散型較好的產物。

　　

　　六.水熱合成反應。取一定量熟化后的溶液，移入水熱合成反應釜中，并將反應釜密封。將反應釜放置在烘箱（或馬弗爐）中，在一定溫度下加熱一定時間。水熱合成反應后的冷卻方式不同對產物的形貌、粒徑、都可能產生影響。一種冷卻方式為自然冷卻，就是加熱到一定時間后隨率冷卻；另一種冷卻方式為設定降溫速率的冷卻。

　　

　　七.水熱合成反應釜的選擇。反應釜有兩種，一種是內襯為聚四氟材質，外殼為不銹鋼材質，zui高承受溫度≤250℃，一般使用溫度為20℃。另一種是內襯和外殼均為不銹鋼材質，我公司的這種產品有300℃和500℃兩種。不銹鋼材質的耐腐蝕性不如聚四氟材質，不適用于強酸強堿體系。反應釜的容積不宜選擇過大，雖然容積大、裝填量多，但是反應的時候會造成內部溫度不均勻，生成的產物不均勻。反應釜的容積一般選擇25-200ml為宜。

　　

　　八.反應釜裝填量。初次實驗時，裝填量不宜過多，裝填量一般從少量到多量。*次實驗要盡量少裝，先對實驗有個初步的感覺，然后在逐次多裝。避免一次裝填量很多使得反應釜內壓力過大，造成危險情況。任何情況下，裝填量都不要超過75%。

　　

　　九.反應溫度。如果用聚四氟內襯的反應釜，反應溫度一般不超過250℃。目前市場上所售的水熱合成反應釜，絕大多數也zui高只耐受200℃，溫度再高的話，聚四氟的內襯就會發生變形。如果用不銹鋼內襯的反應釜，反應溫度可達到300～500℃

　　

　　十.反應時間。一般是從幾小時到十幾小時不等，有些也會達到二十幾小時。

　　

　　十一.產物分離洗滌。產物分離洗滌一般有兩種方法：(1)真空泵抽濾。反應結束后將反應釜中的產物移入抽濾漏斗，通過抽濾進行產物分離。同時用相關溶劑（無水乙醇和去離子水）多次洗滌，以出去產物中的雜質。漏斗一般有布氏漏斗和砂芯漏斗兩種，濾膜可考慮微孔濾膜。抽濾分離的缺點是，漏斗和濾膜不好選擇，產物容易大量流失（水熱合成反應產物本來就很少，抽濾不當的話，很容易造成產物流失）。(2)離心分離。這個是的分離方法，納米級顆粒，離心轉速在6000～8000轉就可以。離心分離后的產物，還需要多次離心洗滌以除去雜質。

　　

　　十二.產物熱處理。也是分兩步:分離后得到的產物，先在烘箱內進行干燥，然后再進行高溫煅燒。高溫煅燒的熱處理制度，也是要先做TG-DSC來分析。根據不同情況，可采用真空（氣氛）爐。

　　

　　十三.所需儀器：水熱合成反應釜、真空泵、離心機

　　

　　十四.影響水熱合成產物的因素：所用溶劑、溶液濃度、pH值、表面活性劑、裝填量、反應溫度、反應時間、冷卻方式。不同的條件都會對產物的表面形貌、顆粒大小、晶粒尺寸、結晶度、分散性等產生影響。

　　

　　十五.產物分析測試。SEM（FE-SEM）、TEM、XRD、XRF、XPS、激光粒度儀、比表面積測試儀（BET法）、紅外光譜儀、熱重-差熱分析儀。