綠色無機(jī)合成精品課件

1、綠色無機(jī)合成第1頁，共11頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)19分，星期二綠色合成及CVD綠色化學(xué)的理想在于不再使用有毒有害物質(zhì)，不再產(chǎn)生廢物，不再處理廢物，是一門從源頭上阻止污染的化學(xué)化學(xué)氣相沉積法（CVD）是將含有組成材料的一種或幾種化合物氣體導(dǎo)入反應(yīng)室，通過化學(xué)反應(yīng)形成所需要的材料的方法。第2頁，共11頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)19分，星期二綠色化學(xué)12條原則原子經(jīng)濟(jì)性：合成方法應(yīng)具有“原子經(jīng)濟(jì)性”，即盡量使參加反應(yīng)的原子都進(jìn)入最終產(chǎn)物。綠色化學(xué)合成：在合成中盡量不使用和不產(chǎn)生對人類健康和環(huán)境有毒、有害的物質(zhì)。設(shè)計(jì)安全化學(xué)品：設(shè)計(jì)具有高使用功效和低環(huán)境毒性的化學(xué)品。采用安全的溶劑

2、和助劑：盡量不使用溶劑等輔助物質(zhì)，必須使用時(shí)應(yīng)選用無毒、無害的。合理使用和節(jié)省能源：生產(chǎn)過程應(yīng)該在溫和的溫度和壓力下進(jìn)行，而且能耗應(yīng)最低。第3頁，共11頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)19分，星期二綠色化學(xué)12條原則利用可再生資源合成化學(xué)品：盡量采用可再生的原料，特別是用生物質(zhì)代替礦物燃料。減少不必要的衍生化步驟：盡量減少副產(chǎn)品。采用高選擇性的催化劑。設(shè)計(jì)可降解化學(xué)品：化學(xué)品在使用完后應(yīng)能夠降解成無毒、無害的物質(zhì)，并且能進(jìn)入自然生態(tài)循環(huán)。進(jìn)行預(yù)防污染的現(xiàn)場實(shí)時(shí)分析：開發(fā)實(shí)時(shí)分析技術(shù)，以便監(jiān)控有毒、有害物質(zhì)的生成。使用安全工藝：選擇合適的參加化學(xué)過程的物質(zhì)及生產(chǎn)工藝，盡量減少發(fā)生意外事故的風(fēng)險(xiǎn)

3、。第4頁，共11頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)19分，星期二化學(xué)氣相沉積法的原理CVD的化學(xué)反應(yīng)主要有兩種：一種是通過各種初始?xì)怏w之間的反應(yīng)來產(chǎn)生沉積；另一種是通過氣相的一個(gè)組分與基體表面之間的反應(yīng)來沉積。最典型的是濃度邊界層模型（見圖1），它比較簡單地說明了CVD工藝中的主要現(xiàn)象成核和生長的過程。圖1濃度邊界層模型示意圖反應(yīng)氣體被強(qiáng)制導(dǎo)入系統(tǒng)；反應(yīng)氣體由擴(kuò)散和整體流動(dòng)穿過邊界層；氣體在基體表面的吸附；吸附物之間或者吸附物與氣態(tài)物質(zhì)之間的化學(xué)反應(yīng)；吸附物從基體解吸；生成氣體從邊界層到氣流主體的擴(kuò)散和流動(dòng)； 氣體從系統(tǒng)中強(qiáng)制排出第5頁，共11頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)19分，星期二

4、Xiang等1用 作為磷源，首次展示了用CVD法合成高質(zhì)量的p型摻雜ZnO納米陣列薄膜，見圖2 。這種p型ZnO陣列垂直生長在藍(lán)寶石襯底上，石墨粉被用來將 還原為單質(zhì)P蒸汽，也可以將原料ZnO還原為Zn蒸汽，反應(yīng)如下：產(chǎn)物氣液中將含有 和 ，同時(shí)由于 的高蒸汽壓，氣態(tài)的 也會(huì)隨氣流向藍(lán)寶石襯底輸送，因此 和 均能作為摻雜元素P的來源。這種p型ZnO納米線可以作為基體來制造居里溫度高于室溫的一維稀磁性半導(dǎo)體（DMS)納米結(jié)構(gòu)。CVD法合成p型摻雜ZnO納米線實(shí)例一第6頁，共11頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)19分，星期二圖2 藍(lán)寶石襯底生長的p型ZnO納米線陣列第7頁，共11頁，2022年，

5、5月20日，20點(diǎn)19分，星期二CVD法合成p型摻雜ZnO納米線實(shí)例二Liu等用金屬鋅粉、石墨粉、NaCl作為原料，通過CVD途徑首次合成了Na摻雜的單晶p型ZnO納米線。三種固態(tài)粉末混合以后置于氧化鋁坩堝中，用200目的鐵篩蓋上。在石英管中加熱到950并同時(shí)通入夾帶水蒸氣的Ar氣流。經(jīng)過1h的生長，在Ar氣的保護(hù)下冷卻到室溫，就可以在鐵篩下表面得到高質(zhì)量的p型ZnO納米線。PL譜顯示受體束縛激子發(fā)射峰在3.35eV,載子遷移率為2.1第8頁，共11頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)19分，星期二實(shí)例分析綠色化學(xué)是用化學(xué)的原理、技術(shù)和方法從源頭上消除對人類健康、社區(qū)安全、生態(tài)環(huán)境有害的原料、催

6、化劑、溶劑、反應(yīng)產(chǎn)物和副產(chǎn)物等的使用和產(chǎn)生。它的基本思想在于不使用有毒、有害物質(zhì)，不產(chǎn)生廢物，是一門從源頭上阻止污染的綠色與可持續(xù)發(fā)展的化學(xué)?；瘜W(xué)氣相沉積包括氣體反應(yīng)物在活性氣氛（加熱、光照、等離子體）下分解或者發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，然后形成穩(wěn)定的固態(tài)產(chǎn)物。化學(xué)氣相沉積可以用來合成和制備分體材料、塊體材料、新晶體材料、陶瓷纖維、薄膜和鍍層材料等。化學(xué)氣相沉積是一種原子層次的沉積方法，因此可以在較低的溫度下產(chǎn)生單層、多層、復(fù)合的、納米結(jié)構(gòu)的、功能梯度的鍍層材料，被廣泛的應(yīng)用在薄膜和鍍層的制備上。第9頁，共11頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)19分，星期二由上述分析及實(shí)例可以看出，實(shí)例一、二符合綠色化學(xué)

7、原理，具體表現(xiàn)在：A:所用原料無毒無害B:氣相沉積過程中可以有效防止廢物的產(chǎn)生C:原子層次的沉積方法符合“原子經(jīng)濟(jì)性”原理D:實(shí)例一、二中用到的石墨粉（實(shí)例二中還用到NaCl）是對實(shí)驗(yàn)本身高功效并且低環(huán)境毒性的化學(xué)品E:實(shí)驗(yàn)步驟簡單，易于操作，便于處理，充分利用原料（實(shí)例一中巧妙實(shí)現(xiàn)兩種P源）F:實(shí)例一中并沒有采用溶劑等輔助物質(zhì)，實(shí)例二中雖然用到了NaCl和Ar氣流，但也均是無毒無害的G:實(shí)驗(yàn)相對于一般的合成方法來說，反應(yīng)條件比較溫和，大大降低了能源消耗。從以上各點(diǎn)可以看出，以上兩個(gè)實(shí)例通過運(yùn)用綠色化學(xué)方法原理，合理有效地通過CVD方法完成了p型摻雜ZnO納米線的制備。第10頁，共11頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)19分，星期二參考文獻(xiàn)：Kelzenberg M D,Boettcher S W ,Petykiewicz J A,et al.Nat Mater,2010,9(4):368.Xiang B,Wang P,Zhang X,et al.Prog M