现代无机合成与制备化学（第二版）

　　《现代无机合成与制备化学》（第二版）共10章，前两章阐述了重要的无机合成与制备化学原理和方法，后八章分别介绍了杂多酸型固体高质子导体、分子筛与相关多孔材料、稀土配合物智能发光材料、石墨烯材料、金属-有机骨架配位聚合物、无机-有机杂化材料、纳米材料以及新型热电材料的合成与制备、应用及研究进展，具有现代性、新颖性和前瞻性，体现了本学科的前沿和发展方向。书中列出了近年来新进展的1000余篇参考文献供查阅。本书可作为化学、化工、材料等专业研究生与高年级本科生的教材，也可供广大科技人员参考。

　　吴庆银，浙江大学化学系教授、博士生导师，从事大学化学教学工作30余年，讲授无机合成与制备化学、材料化学、无机及分析化学和普通化学等课程，主要研究领域为“高新材料化学”，尤其是多酸化学及应用。主持完成了国家自然科学基金面上项目、国家重点研发项目子课题、科技部国际合作项目、国家自然科学基金与俄罗斯基础研究基金合作项目（NSFC-RFBR）和浙江省自然科学基金项目等，在J. Mater.Chem.A、Adv.Funct.Mater. 、Nanotechnology和Compos. Sci. Technol. 等刊物上发表论文 180 余篇， 获国家授权发明专利4项，主编出版教材2部。吴庆银教授现为中国化学会高 级会员，SCI期刊《Molecules》编委，2022入选由斯坦福大学 John P.A. Ioannidis 教授团队发布的世界前2%顶 尖科学家名单。

第1章重要的无机合成与制备化学原理1
1.1单分散颗粒制备原理1
1.1.1沉淀的形成1
1.1.2晶核的形成2
1.1.3晶核的长大2
1.1.4成核和生长的分离3
1.1.5胶粒生长的动力学模型4
1.1.6防团聚的方法5
1.2晶体生长原理6
1.2.1晶体的相关概念6
1.2.2晶体生长基本问题7
1.2.3晶体生长的基本过程8
1.2.4晶体生长理论8
1.2.5晶体生长热力学和动力学9
1.2.6晶体生长形态10
1.2.7晶体几何形态与其内部结构间的联系11
1.3胶束理论及其仿生合成原理12
1.3.1胶束的形成12
1.3.2胶束的结构13
1.3.3仿生材料合成中的胶束体系14
1.4粒径及形貌控制原理17
1.4.1概论17
1.4.2产生沉淀的化学过程17
1.4.3粒子成核与生长的物理过程18
1.5多孔材料制备的软硬酸碱原理19
1.5.1多孔材料概述19
1.5.2酸碱理论21
1.6超浸润材料的制备原理26
1.6.1超浸润材料26
1.6.2固体表面浸润性表征27
1.6.3固体表面浸润性理论及模型27
1.6.4超浸润体系的设计原则29
1.6.5超浸润系统30
参考文献34
第2章重要的无机合成与制备化学方法35
2.1水热与溶剂热合成法35
2.1.1水热与溶剂热合成法特点35
2.1.2水热与溶剂热合成法反应介质35
2.1.3水热与溶剂热合成法装置和流程36
2.1.4水热与溶剂热合成法应用37
2.2溶胶-凝胶合成法(sol-gel)39
2.2.1溶胶-凝胶合成法原理39
2.2.2溶胶-凝胶合成法特点44
2.2.3溶胶-凝胶合成法制备工艺流程及其影响因素44
2.2.4溶胶-凝胶合成法应用46
2.3固相合成法49
2.3.1低温固相合成法49
2.3.2高温固相合成法50
2.4化学气相沉积法(CVD)53
2.4.1化学气相沉积法原理53
2.4.2化学气相沉积法特点54
2.4.3化学气相沉积法应用54
2.4.4几种新发展的CVD技术55
2.5电化学合成法56
2.5.1电化学合成法原理56
2.5.2电解装置56
2.5.3电化学合成法的影响因素57
2.5.4电化学合成法特点57
2.5.5电化学合成法应用57
2.6微波合成法59
2.6.1微波合成法原理59
2.6.2微波合成法特点60
2.6.3微波合成法应用60
2.7仿生合成法61
2.7.1仿生合成法原理61
2.7.2仿生合成法特点62
2.7.3仿生合成法应用62
2.8离子热合成法65
2.8.1离子液体及其分类65
2.8.2离子液体的主要应用65
2.8.3离子热合成概述66
2.8.4离子热合成应用69
参考文献76
第3章杂多酸型固体高质子导体的制备、传导机理及应用81
3.1引言81
3.2杂多酸的合成82
3.2.1多酸合成中的几个重要影响因素82
3.2.2合成方法84
3.2.3分离方法89
3.2.4一些重要杂多酸的合成实例89
3.2.5杂多酸合成的新进展93
3.3杂多酸的质子导电性95
3.4含有杂多酸的无机基质复合材料的质子导电性97
3.5含有杂多酸的有机基质复合材料的质子导电性100
3.6含有杂多酸的多元基质复合材料的质子导电性101
3.7杂多酸型固体高质子导体的传导机理103
3.8杂多酸在质子交换膜燃料电池研究中的应用106
参考文献108
第4章分子筛与相关多孔材料的制备及应用114
4.1概述114
4.2分子筛的结构115
4.3分子筛的合成117
4.3.1沸石分子筛的水热合成117
4.3.2有序介孔材料（ordered mesoporous materials）的合成117
4.3.3典型分子筛的合成实例119
4.3.4典型介孔分子筛合成实例119
4.4分子筛的生成机理121
4.4.1沸石分子筛的晶化机理121
4.4.2介孔分子筛的生成机理123
4.5分子筛的结构、组成与性能的关系125
4.6分子筛孔道体系与客体分子孔道内扩散的关系127
4.7非硅有序多孔材料的合成128
4.7.1有序介孔高分子及其衍生碳材料的合成128
4.7.2有序介孔金属氧化物的合成130
4.8分子筛和相关多孔材料的性能调控及应用131
4.8.1分子筛材料的“孔道工程”132
4.8.2分子筛扩散性能的调控136
4.8.3分子筛活性位点的调控147
4.8.4有序介孔二氧化硅材料的功能化及其应用152
4.9展望157
参考文献157
第5章稀土配合物智能发光材料161
5.1稀土元素的分离及应用发展161
5.1.1稀土元素的分离161
5.1.2稀土元素的应用发展162
5.2稀土配合物智能发光材料163
5.3稀土配合物智能发光材料在生物传感与成像领域的应用166
5.3.1pH响应166
5.3.2分子离子响应167
5.3.3光响应169
5.3.4温度响应169
5.4稀土配合物智能发光材料在信息存储与防伪领域的应用171
5.4.1光响应171
5.4.2pH响应173
5.4.3温度响应174
5.4.4多重响应175
5.5小结176
参考文献177
第6章石墨烯材料的制备及应用179
6.1引言179
6.2石墨烯的结构与性质180
6.2.1石墨烯的结构180
6.2.2石墨烯的带隙181
6.2.3石墨烯异质结182
6.2.4石墨烯的电学性质183
6.2.5石墨烯的光学性质183
6.2.6石墨烯的热学性质183
6.2.7石墨烯的力学性质184
6.2.8石墨烯的化学性质184
6.2.9石墨烯的其他性质184
6.3石墨烯的制备184
6.3.1机械剥离法184
6.3.2氧化还原法185
6.3.3电化学氧化法185
6.3.4化学气相沉积法186
6.3.5SiC外延生长法186
6.3.6有机聚合法186
6.3.7其他187
6.4氧化石墨烯187
6.4.1结构187
6.4.2基本性质187
6.4.3二维大分子构象188
6.4.4液晶188
6.4.5还原188
6.4.6抗菌性189
6.5石墨烯宏观组装体189
6.5.1纤维189
6.5.2组装膜190
6.5.3气凝胶192
6.5.4其他组装体192
6.6石墨烯复合材料193
6.6.1石墨烯-高分子复合材料193
6.6.2石墨烯-无机纳米粒子复合材料194
6.6.3其他石墨烯复合材料194
6.7石墨烯的应用194
6.7.1原创硬科技演进模式及石墨烯产业化三生模型194
6.7.2石墨烯多功能复合纤维195
6.7.3防腐涂料195
6.7.4电热膜196
6.7.5导热膜196
6.7.6分离膜196
6.7.7电磁屏蔽及吸波198
6.7.8限域催化及载体198
6.7.9传感器198
6.7.10石墨烯在能量存储和转换中的应用199
6.7.11光电子探测201
6.7.12其他应用201
6.8展望203
参考文献203
第7章金属-有机骨架配位聚合物的合成、结构及应用206
7.1前言206
7.2金属-有机骨架配位聚合物的研究进展206
7.2.1羧酸类金属-有机骨架配位聚合物207
7.2.2含氮杂环类金属-有机骨架配位聚合物212
7.2.3混合配体类金属-有机骨架配位聚合物216
7.2.4有机膦配体构筑的金属-有机骨架配位聚合物217
7.2.5含有CN的有机配体的金属-有机骨架配位聚合物218
7.2.6含两种配体的金属-有机骨架配位聚合物218
7.2.7含双中心的金属-有机骨架配位聚合物219
7.3金属-有机骨架配位聚合物的合成方法219
7.3.1合成原则219
7.3.2金属-有机骨架配位聚合物的合成方法220
7.4金属-有机骨架配位聚合物合成的影响因素220
7.4.1中心金属离子对MOF的影响221
7.4.2配体对MOF的影响221
7.4.3溶剂对MOF的影响221
7.4.4阴离子对MOF的影响221
7.4.5酸碱度对MOF的影响222
7.4.6有机或无机模板分子对MOF的影响222
7.4.7反应物配比对MOF的影响222
7.4.8反离子对MOF的影响222
7.4.9合成方法对MOF的影响222
7.5特殊聚集态的金属-有机骨架配位聚合物223
7.5.1MOF纳米晶223
7.5.2MOF薄膜225
7.6金属-有机骨架配位聚合物的性能及应用227
7.6.1分子识别227
7.6.2离子识别与离子交换228
7.6.3非线性光学性质228
7.6.4荧光性及化学传感229
7.6.5磁性及磁性材料230
7.6.6生物医学应用230
7.6.7气体储存功能231
7.6.8气体分离与液体分离231
7.6.9多相催化234
7.6.10纳米空间的聚合反应236
7.7展望236
7.7.1高稳定性MOF237
7.7.2大孔及手性MOF237
7.7.3导电MOF237
7.7.4低维（二维）MOF238
7.7.5MOF骨架中的功能协同作用238
7.7.6MOF材料的规模化制备238
参考文献238
第8章无机-有机杂化材料的制备及应用242
8.1引言242
8.2无机-有机杂化材料的分类242
8.3无机-有机杂化材料的制备方法243
8.3.1溶胶-凝胶法243
8.3.2水热合成法244
8.3.3离子热合成法245
8.3.4共混法245
8.3.5自组装法246
8.3.6其他方法247
8.4无机-有机杂化材料的研究进展248
8.4.1水热法制备无机-有机杂化材料248
8.4.2离子热法制备无机-有机杂化材料262
8.4.3共混法制备无机-有机杂化材料263
8.4.4自组装法制备无机-有机杂化材料264
8.4.5插层法制备无机-有机杂化材料268
8.4.6微波法制备无机-有机杂化材料268
8.4.7LB技术制备无机-有机杂化材料269
8.4.8电解聚合法制备无机-有机杂化材料269
8.5无机-有机杂化材料的应用270
8.5.1结构材料270
8.5.2电学材料270
8.5.3光学材料271
8.5.4磁性材料272
8.5.5催化材料273
8.5.6生物材料275
8.5.7絮凝和吸附材料275
8.6展望276
参考文献276
第9章纳米材料的制备及应用281
9.1零维纳米材料的制备及应用281
9.1.1零维纳米材料的制备方法282
9.1.2单分散纳米晶的合成284
9.1.3限域材料的合成286
9.1.4纳米颗粒的物理、化学性能及其应用286
9.1.5本节小结287
9.2一维纳米材料的制备与应用288
9.2.1一维纳米材料的制备288
9.2.2一维纳米材料的性能与应用293
9.2.3本节小结295
9.3核壳结构纳米材料的制备与应用295
9.3.1核壳结构材料形成机理296
9.3.2无机/无机核壳结构纳米粒子制备296
9.3.3无机/有机核壳结构纳米粒子298
9.3.4有机/无机核壳结构纳米粒子300
9.3.5多壳层纳米颗粒300
9.3.6本节小结302
参考文献303
第10章新型热电材料的制备及应用305
10.1热电基本原理及热电材料的性能优化305
10.1.1概述305
10.1.2热电基本物理效应305
10.1.3热电材料性能优化策略307
10.2常见热电材料体系310
10.2.1低温热电材料310
10.2.2中温热电材料312
10.2.3高温热电材料313
10.3热电材料的制备方法315
10.3.1固相烧结法316
10.3.2液相合成法319
10.3.3气相沉积法321
10.4热电器件的基本结构与应用323
10.4.1热电器件的基本结构323
10.4.2热电器件的应用与展望325
参考文献327