無機(jī)碳化學(xué)及碳籠原子簇-胡滿成教學(xué)課件

無奶化碳多愿胡滿成2008.12.6.無機(jī)碳化學(xué)及碳籠原子簇----胡滿成無奶化碳多愿胡滿成2008.12.6.杌碳化學(xué)其碳籠原子募有人預(yù)言,21世紀(jì)是“超碳時(shí)代”。理由是:金剛石的人工合成、碳纖維的開發(fā)應(yīng)用、石墨層間化合物的研究、富勒烯(碳籠原子簇)及線型碳的發(fā)現(xiàn)及研究都取得了令人矚目的進(jìn)展。這些以單質(zhì)碳為基礎(chǔ)的無機(jī)碳化學(xué)給人們展現(xiàn)了無限的想象空間。=·碳單質(zhì)及其衍生物在學(xué)術(shù)界,一般認(rèn)為金剛石、石墨碳籠原子簇、線型碳是碳的幾種同素異形體。金剛石,原子晶體,碳原子間以sp3雜化成鍵;石墨,混合鍵型或過渡型晶體,碳原子間以sp2雜化成鍵;無定形碳和碳黑都是微晶石墨。杌碳化學(xué)其碳籠原子募有人預(yù)言,21世紀(jì)是“超碳時(shí)代”。理由是:金剛石的人工合成、碳纖維的開發(fā)應(yīng)用、石墨層間化合物的研究、富勒烯(碳籠原子簇)及線型碳的發(fā)現(xiàn)及研究都取得了令人矚目的進(jìn)展。這些以單質(zhì)碳為基礎(chǔ)的無機(jī)碳化學(xué)給人們展現(xiàn)了無限的想象空間。=·碳單質(zhì)及其衍生物在學(xué)術(shù)界,一般認(rèn)為金剛石、石墨碳籠原子簇、線型碳是碳的幾種同素異形體。金剛石,原子晶體,碳原子間以sp3雜化成鍵;石墨,混合鍵型或過渡型晶體,碳原子間以sp2雜化成鍵;無定形碳和碳黑都是微晶石墨。無奶化富勒烯(碳籠原子簇),分子晶體,碳原子間以s0305p065雜化軌道成鍵(3條σ鍵);碳原子上還有1條π軌道00850915線型碳,分子晶體,碳原子間以sp雜化成鍵。其穩(wěn)定性為:線型碳>石墨>金剛石>富勒烯=1金剛石金剛石主要用于精密機(jī)械制造、電子工業(yè)、光學(xué)工業(yè)、半導(dǎo)體工業(yè)及化學(xué)工業(yè)。天然金剛石稀少只限于用作裝飾品,因此人工合成金剛石正在成為∝碳素材料中的重要研究開發(fā)領(lǐng)域金剛石的合成金剛石合成已有四十多年的歷史。已報(bào)道的合成方法大致可分為兩類:★石墨轉(zhuǎn)化法C(石墨)C(金剛石)△H0=1828k.mol1△G0=2.796k.mol-1△-3.25k.mol=由熱力學(xué)得知,在等溫條件下,反應(yīng)的自由能與壓力變化遵循如下規(guī)律△Gr=△H-TASr+△VP式中△G△琊△S分別表示壓力為P和溫度為T時(shí)的自由能、熱焓和熵的變化;ΔV=V剛石一V右墨可見常溫常壓下石墨轉(zhuǎn)化為金剛石是非自發(fā)的,但在高溫和高壓(由疏松到致密)下可能實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)化。其溫度和壓力條件因催化劑的種類不同而不同石墨轉(zhuǎn)化法可分為靜態(tài)超高壓高溫法和動(dòng)態(tài)法兩種?！耢o態(tài)超高壓高溫法。用高壓設(shè)備壓縮傳壓介質(zhì)產(chǎn)生3~10GPa的超高壓,并利用電流通過發(fā)熱體,將合成腔加熱到000~2000℃高溫。其優(yōu)點(diǎn)是能較長時(shí)間保持穩(wěn)定的高溫高壓條件,易于控制。該法可得到磨料級(jí)金剛石,但設(shè)備技術(shù)要求高。=m●動(dòng)態(tài)法利用動(dòng)態(tài)波促使石墨直接轉(zhuǎn)變成金剛石。動(dòng)態(tài)沖擊波可由爆炸、強(qiáng)放電和高速碰撞等瞬時(shí)產(chǎn)生,在被沖擊介質(zhì)中可同時(shí)產(chǎn)生高溫高壓,使石墨轉(zhuǎn)化為金剛石。該法作用時(shí)間短(僅幾微秒),壓力及溫度不能分別加以控制,但裝置相對(duì)簡單,單次裝料多,因而產(chǎn)量高。產(chǎn)品為微粉金剛石,可通過燒結(jié)成大顆粒多晶體,但質(zhì)量較差?！餁庀嗪铣煞–VD法)氣相法是用含碳?xì)鈶B(tài)物質(zhì)作碳源,產(chǎn)物往往是附在基體上的金剛石薄膜。研究表明,含碳?xì)鈶B(tài)物質(zhì)在一定高溫分解出的甲基自由基,