特殊合成方法课件.ppt

1、原电池电动势超电压反抗电解质电阻反抗金属导体电阻电极反应一般在常温常压下进行，电极反应一般在常温常压下进行，改变槽电压、电极改变槽电压、电极材料、电解液组成及浓度来调节所需的电化学反应速材料、电解液组成及浓度来调节所需的电化学反应速率和选择性，率和选择性，控制电极反应方向。控制电极反应方向。在这方面电化学法在这方面电化学法有时比化学法更优越，许多化学法不能完成或很困难有时比化学法更优越，许多化学法不能完成或很困难的反应，电化学法则很容易实现，的反应，电化学法则很容易实现，反应所用氧化剂或反应所用氧化剂或还原剂为电子，环境污染少还原剂为电子，环境污染少且成本低。且成本低。恒电势氧化铝箔时，恒电势

2、氧化铝箔时，表面生成氧化物层。表面生成氧化物层。这种阳极氧化过程被这种阳极氧化过程被广泛用于如下金属处广泛用于如下金属处理工业过程：形成电理工业过程：形成电绝缘层、抗腐蚀层、绝缘层、抗腐蚀层、表面美化涂层。表面美化涂层。Nature Materials 5, 741-747 (2006). 多孔的阳极氧化铝薄膜多孔的阳极氧化铝薄膜 Anodizing - Eloxal 水溶液中的电沉积水溶液中的电沉积( (电解和电镀电解和电镀) ) P179P179Electrolysis and Electroplating 阴极还原反应阴极还原反应Mz+ + ze M 惰性电极、非惰性电极惰性电极、非惰性

3、电极电解液的成分：电解液的成分： 被沉积的金属、配位剂（调节电对的电极电势）被沉积的金属、配位剂（调节电对的电极电势） 导电剂、稳定剂（防止水解）导电剂、稳定剂（防止水解） 缓冲剂、添加剂（使沉积膜光亮平整等）缓冲剂、添加剂（使沉积膜光亮平整等）惰性电极电解惰性电极电解( (电化学合成电化学合成) )1.强还原性物质的合成强还原性物质的合成(碱（土）金属碱（土）金属, Al等等)2.强氧化性物质的合成强氧化性物质的合成(KMnO4, KClO4, H2O2)3.电解制气电解制气(Cl2, H2.)4. 电解制碱电解制碱(NaOH)5. 特殊材料的电合成（聚氟化物、新型含氟塑特殊材料的电合成（聚

4、氟化物、新型含氟塑料料.）6. 无污染有机合成己二腈，四烷基铅无污染有机合成己二腈，四烷基铅熔盐电解熔盐电解P180熔盐的特性：熔盐的特性：l非凡的溶解能力；非凡的溶解能力；l高离子浓度、低粘度、扩散快、导电率大；熔盐高离子浓度、低粘度、扩散快、导电率大；熔盐电解所用的电流密度可以比水溶液电解大电解所用的电流密度可以比水溶液电解大100倍。倍。 l电极和熔盐离子电极界面间高交换电流，氧化还电极和熔盐离子电极界面间高交换电流，氧化还原速度快、能耗低；原速度快、能耗低；l耐辐射，在核工业中得以广泛应用和重视；耐辐射，在核工业中得以广泛应用和重视；E E = =hn n = =hc c/ /l l

5、一摩尔光量子能量称为一个一摩尔光量子能量称为一个“Einstein”。波长。波长越短，能量越高。紫外、可见光能引发化学反应。越短，能量越高。紫外、可见光能引发化学反应。 由于吸收光量子而引起的化学反应称为光化学由于吸收光量子而引起的化学反应称为光化学反应。反应。UV Vis IR FIR150 400 800 /nm 紫外 可见光 红外 远红外l1.光化学第一定律 只有被分子吸收的光才能引发光化学反应。该定律在1818年由Grotthus和Draper提出，故又称为Grotthus-Draper定律。2.光化学第二定律 在初级过程中，一个被吸收的光子只活化一个分子。该定律在19081912年由

6、Einstein和Stark提出，故又称为 Einstein-Stark定律。3.Beer-Lambert定律 平行的单色光通过浓度为c，长度为d的均匀介质时，未被吸收的透射光强度It与入射光强度I0之间的关系为(e为摩尔消光系数)t0= exp(-)IIdce 当1，是由于初级过程活化了一个分子，而次级过程中又使若干反应物发生反应。如：H2+Cl22HCl的反应，1个光子引发了一个链反应，量子效率可达106。 当0的反应。2.反应温度系数很小，有时升高温度，反应速 率反而下降。3.光化反应的平衡常数与光强度有关。光催化分解水光催化分解水 的反应机理的反应机理H+/H2（SHE0 V）O2/H

7、2（E1.23 V）e-h+Reduction OxidationCBVBH2OO2H+H2EEhn n1.8eVe-e- +h+e- +h+e-h+h+hBulk recombinationSurface recombinationBrillas, E;Mur, E; Sauleda, R. Appl. Catal. B: Environ., 1998, 16, 31.Alberici, R M; Jardim, W F. Appl. Catal. B: Environ., 1999, 14, 55.h + + H2O OH + H +h + + OH- OH 光催化作用原理光催化作用原理空

8、穴空穴(h (h + + ) )有很高的反应活性，与表面吸附的有很高的反应活性，与表面吸附的H H2 2O, OHO, OH- -形成形成具有强氧化性的羟基自由基具有强氧化性的羟基自由基电子电子(e(e- -) )与表面吸附的氧分子反应与表面吸附的氧分子反应O2 + e- O2- O2- + H2O OOH + OH-2 OOH O2 + H2O2 OOH + H2O + e- H2O2 + OH-H2O2 + e- OH + OH-例如：H2+hn 2H Hg为光敏剂 CO2+H2O O2 + (C6H12O6)n 叶绿素为光敏剂。16n 有些物质对光不敏感，不能直接吸收某种波长的光而进行光

9、化学反应。 如果在反应体系中加入另外一种物质，它能吸收这样的辐射，然后将光能传递给反应物，使反应物发生作用，而该物质本身在反应前后并未发生变化，这种物质就称为光敏剂，又称感光剂。 体加热作用体加热作用：显著地缩短反应时间显著地缩短反应时间根据根据Arrhennius公式，反应系统温度每增加公式，反应系统温度每增加10摄摄氏度，反应速度会加快氏度，反应速度会加快2-3倍。倍。通过增加反应温度和压力，微波合成比传统合成通过增加反应温度和压力，微波合成比传统合成方法快方法快10-1000倍。倍。更高的产率和纯度更高的产率和纯度 相对传统合成方法，微波加热对很多反应具有相对传统合成方法，微波加热对很多

10、反应具有更高的选择性，反应副产物少、目标产物的产率更高的选择性，反应副产物少、目标产物的产率和纯度更高。和纯度更高。良好的反应重现性和稳定的放大性良好的反应重现性和稳定的放大性 由于微波合成仪器精确的反应控制系统，使由于微波合成仪器精确的反应控制系统，使同一反应可以准确地重复出相同的结果。即对于同一反应可以准确地重复出相同的结果。即对于一个反应的放大，不同体积的反应使用完全相同一个反应的放大，不同体积的反应使用完全相同的反应条件即可得出同样结果。的反应条件即可得出同样结果。更加绿色环保更加绿色环保 微波合成反应是在密闭容器中进行，不存在微波合成反应是在密闭容器中进行，不存在溶剂挥发对环境造成的污染，是彻底改变过去有溶剂挥发对环境造成的污染，是彻底改变过去有机实验恶劣环境的重要工具。机实验恶劣环境的重要工具。