第1章重要的無機合成與制備化學原理1
1.1單分散顆粒制備原理1
1.1.1沉澱的形成1
1.1.2晶核的形成2
1.1.3晶核的長大2
1.1.4成核和生長的分離3
1.1.5膠粒生長的動力學模型4
1.1.6防團聚的方法5
1.2晶體生長原理6
1.2.1晶體的相關概念6
1.2.2晶體生長基本問題7
1.2.3晶體生長的基本過程8
1.2.4晶體生長理論8
1.2.5晶體生長熱力學和動力學9
1.2.6晶體生長形態10
1.2.7晶體幾何形態與其內部結構間的聯繫11
1.3膠束理論及其仿生合成原理12
1.3.1膠束的形成12
1.3.2膠束的結構13
1.3.3仿生材料合成中的膠束體繫14
1.4粒徑及形貌控制原理17
1.4.1概論17
1.4.2產生沉澱的化學過程17
1.4.3粒子成核與生長的物理過程18
1.5多孔材料制備的軟硬酸堿原理19
1.5.1多孔材料概述19
1.5.2酸堿理論21
1.6超浸潤材料的制備原理26
1.6.1超浸潤材料26
1.6.2固體表面浸潤性表征27
1.6.3固體表面浸潤性理論及模型27
1.6.4超浸潤體繫的設計原則29
1.6.5超浸潤繫統30
參考文獻34

第2章重要的無機合成與制備化學方法35
2.1水熱與溶劑熱合成法35
2.1.1水熱與溶劑熱合成法特點35
2.1.2水熱與溶劑熱合成法反應介質35
2.1.3水熱與溶劑熱合成法裝置和流程36
2.1.4水熱與溶劑熱合成法應用37
2.2溶膠-凝膠合成法(sol-gel)39
2.2.1溶膠-凝膠合成法原理39
2.2.2溶膠-凝膠合成法特點44
2.2.3溶膠-凝膠合成法制備工藝流程及其影響因素44
2.2.4溶膠-凝膠合成法應用46
2.3固相合成法49
2.3.1低溫固相合成法49
2.3.2高溫固相合成法50
2.4化學氣相沉積法(CVD)53
2.4.1化學氣相沉積法原理53
2.4.2化學氣相沉積法特點54
2.4.3化學氣相沉積法應用54
2.4.4幾種新發展的CVD技術55
2.5電化學合成法56
2.5.1電化學合成法原理56
2.5.2電解裝置56
2.5.3電化學合成法的影響因素57
2.5.4電化學合成法特點57
2.5.5電化學合成法應用57
2.6微波合成法59
2.6.1微波合成法原理59
2.6.2微波合成法特點60
2.6.3微波合成法應用60
2.7仿生合成法61
2.7.1仿生合成法原理61
2.7.2仿生合成法特點62
2.7.3仿生合成法應用62
2.8離子熱合成法65
2.8.1離子液體及其分類65
2.8.2離子液體的主要應用65
2.8.3離子熱合成概述66
2.8.4離子熱合成應用69
參考文獻76

第3章雜多酸型固體高質子導體的制備、傳導機理及應用81
3.1引言81
3.2雜多酸的合成82
3.2.1多酸合成中的幾個重要影響因素82
3.2.2合成方法84
3.2.3分離方法89
3.2.4一些重要雜多酸的合成實例89
3.2.5雜多酸合成的新進展93
3.3雜多酸的質子導電性95
3.4含有雜多酸的無機基質復合材料的質子導電性97
3.5含有雜多酸的有機基質復合材料的質子導電性100
3.6含有雜多基質復合材料的質子導電性101
3.7雜多酸型固體高質子導體的傳導機理103
3.8雜多酸在質子交換膜燃料電池研究中的應用106
參考文獻108

第4章分子篩與相關多孔材料的制備及應用114
4.1概述114
4.2分子篩的結構115
4.3分子篩的合成117
4.3.1沸石分子篩的水熱合成117
4.3.2有序介孔材料（ordered mesoporous materials）的合成117
4.3.3典型分子篩的合成實例119
4.3.4典型介孔分子篩合成實例119
4.4分子篩的生成機理121
4.4.1沸石分子篩的晶化機理121
4.4.2介孔分子篩的生成機理123
4.5分子篩的結構、組成與性能的關繫125
4.6分子篩孔道體繫與客體分子孔道內擴散的關繫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有序介孔金屬氧化物的合成130
4.8分子篩和相關多孔材料的性能調控及應用131
4.8.1分子篩材料的“孔道工程”132
4.8.2分子篩擴散性能的調控136
4.8.3分子篩活性位點的調控147
4.8.4有序介孔二氧化硅材料的功能化及其應用152
4.9展望157
參考文獻157

第5章稀土配合物智能發光材料161
5.素的分離及應用發展161
5.1.素的分離161
5.1.素的應用發展162
5.2稀土配合物智能發光材料163
5.3稀土配合物智能發光材料在生物傳感與成像領域的應用166
5.3.1pH響應166
5.3.2分子離子響應167
5.3.3光響應169
5.3.4溫度響應169
5.4稀土配合物智能發光材料在信息存儲與防偽領域的應用171
5.4.1光響應171
5.4.2pH響應173
5.4.3溫度響應174
5.4.4多重響應175
5.5小結176
參考文獻177

第6章石墨烯材料的制備及應用179
6.1引言179
6.2石墨烯的結構與性質180
6.2.1石墨烯的結構180
6.2.2石墨烯的帶隙181
6.2.3石墨烯異質結182
6.2.4石墨烯的電學性質183
6.2.5石墨烯的光學性質183
6.2.6石墨烯的熱學性質183
6.2.7石墨烯的力學性質184
6.2.8石墨烯的化學性質184
6.2.9石墨烯的其他性質184
6.3石墨烯的制備184
6.3.1機械剝離法184
6.3.2氧化還原法185
6.3.3電化學氧化法185
6.3.4化學氣相沉積法186
6.3.5SiC外延生長法186
6.3.6有機聚合法186
6.3.7其他187
6.4氧化石墨烯187
6.4.1結構187
6.4.2基本性質187
6.4.3二維大分子構像188
6.4.4液晶188
6.4.5還原188
6.4.6抗菌性189
6.5石墨烯宏觀組裝體189
6.5.1纖維189
6.5.2組裝膜190
6.5.3氣凝膠192
6.5.4其他組裝體192
6.6石墨烯復合材料193
6.6.1石墨烯-高分子復合材料193
6.6.2石墨烯-無機納米粒子復合材料194
6.6.3其他石墨烯復合材料194
6.7石墨烯的應用194
6.7.1原創硬科技演進模式及石墨烯產業化三生模型194
6.7.2石墨烯多功能復合纖維195
6.7.3防腐塗料195
6.7.4電熱膜196
6.7.5導熱膜196
6.7.6分離膜196
6.7.7電磁屏蔽及吸波198
6.7.8限域催化及載體198
6.7.9傳感器198
6.7.10石墨烯在能量存儲和轉換中的應用199
6.7.11光電子探測201
6.7.12其他應用201
6.8展望203
參考文獻203

第7章金屬-有機骨架配位聚合物的合成、結構及應用206
7.1前言206
7.2金屬-有機骨架配位聚合物的研究進展206
7.2.1羧酸類金屬-有機骨架配位聚合物207
7.2.2含氮雜環類金屬-有機骨架配位聚合物212
7.2.3混合配體類金屬-有機骨架配位聚合物216
7.2.4有機膦配體構築的金屬-有機骨架配位聚合物217
7.2.5含有CN的有機配體的金屬-有機骨架配位聚合物218
7.2.6含兩種配體的金屬-有機骨架配位聚合物218
7.2.7含雙中心的金屬-有機骨架配位聚合物219
7.3金屬-有機骨架配位聚合物的合成方法219
7.3.1合成原則219
7.3.2金屬-有機骨架配位聚合物的合成方法220
7.4金屬-有機骨架配位聚合物合成的影響因素220
7.4.1中心金屬離子對MOF的影響221
7.4.2配體對MOF的影響221
7.4.3溶劑對MOF的影響221
7.4.4陰離子對MOF的影響221
7.4.5酸堿度對MOF的影響222
7.4.6有機或無機模板分子對MOF的影響222
7.4.7反應物配比對MOF的影響222
7.4.8反離子對MOF的影響222
7.4.9合成方法對MOF的影響222
7.5特殊聚集態的金屬-有機骨架配位聚合物223
7.5.1MOF納米晶223
7.5.2MOF薄膜225
7.6金屬-有機骨架配位聚合物的性能及應用227
7.6.1分子識別227
7.6.2離子識別與離子交換228
7.6.3非線性光學性質228
7.6.4熒光性及化學傳感229
7.6.5磁性及磁性材料230
7.6.6生物醫學應用230
7.6.7氣體儲存功能231
7.6.8氣體分離與液體分離231
7.6.9多相催化234
7.6.10納米空間的聚合反應236
7.7展望236
7.7.1高穩定性MOF237
7.7.2大孔及手性MOF237
7.7.3導電MOF237
7.7.4低維（二維）MOF238
7.7.5MOF骨架中的功能協同作用238
7.7.6MOF材料的規模化制備238
參考文獻238

第8章無機-有機雜化材料的制備及應用242
8.1引言242
8.2無機-有機雜化材料的分類242
8.3無機-有機雜化材料的制備方法243
8.3.1溶膠-凝膠法243
8.3.2水熱合成法244
8.3.3離子熱合成法245
8.3.4共混法245
8.3.5自組裝法246
8.3.6其他方法247
8.4無機-有機雜化材料的研究進展248
8.4.1水熱法制備無機-有機雜化材料248
8.4.2離子熱法制備無機-有機雜化材料262
8.4.3共混法制備無機-有機雜化材料263
8.4.4自組裝法制備無機-有機雜化材料264
8.4.5插層法制備無機-有機雜化材料268
8.4.6微波法制備無機-有機雜化材料268
8.4.7LB技術制備無機-有機雜化材料269
8.4.8電解聚合法制備無機-有機雜化材料269
8.5無機-有機雜化材料的應用270
8.5.1結構材料270
8.5.2電學材料270
8.5.3光學材料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
參考文獻276

第9章納米材料的制備及應用281
9.1零維納米材料的制備及應用281
9.1.1零維納米材料的制備方法282
9.1.2單分散納米晶的合成284
9.1.3限域材料的合成286
9.1.4納米顆粒的物理、化學性能及其應用286
9.1.5本節小結287
9.2一維納米材料的制備與應用288
9.2.1一維納米材料的制備288
9.2.2一維納米材料的性能與應用293
9.2.3本節小結295
9.3核殼結構納米材料的制備與應用295
9.3.1核殼結構材料形成機理296
9.3.2無機/無機核殼結構納米粒子制備296
9.3.3無機/有機核殼結構納米粒子298
9.3.4有機/無機核殼結構納米粒子300
9.3.5多殼層納米顆粒300
9.3.6本節小結302
參考文獻303

第10章新型熱電材料的制備及應用305
10.1熱電基本原理及熱電材料的性能優化305
10.1.1概述305
10.1.2熱電基本物理效應305
10.1.3熱電材料性能優化策略307
10.2常見熱電材料體繫310
10.2.1低溫熱電材料310
10.2.2中溫熱電材料312
10.2.3高溫熱電材料313
10.3熱電材料的制備方法315
10.3.1固相燒結法316
10.3.2液相合成法319
10.3.3氣相沉積法321
10.4熱電器件的基本結構與應用323
10.4.1熱電器件的基本結構323
10.4.2熱電器件的應用與展望325
參考文獻327

前言
《現代無機合成與制備化學》自2010年7月由化學工業出版社出版至今，多次印刷，被多所高等院校選作本科生和研究生教材或教學參考書。為體現本學科的前沿和發展方向，使其內容更具現代性、新穎性和前瞻性，在化學工業出版社的支持和組織下，我們修訂編寫了第二版。
第二版保留了版的結構體繫，對原有部分內容進行了適當的取舍、修改和完善，如刪掉了版第6章“富勒烯及其衍生物的合成與應用”和第10章“烯烴復分解催化劑的合成與催化研究進展”，取而代之的是當前的研究熱點“石墨烯材料的制備及應用”和“新型熱電材料的制備及應用” 。保留下來的版的部分章節也做了適當的修訂，如在前兩章重要的無機合成與制備化學原理和方法中，新增了多孔材料制備的軟硬酸堿原理和超浸潤材料的制備原理以及離子熱合成法；在第3章中新增了雜多酸型固體高質子導體的傳導機理；在第4章和第9章中新增院士和包信和院士獲得的2020年度國家自然科學獎一等獎的有序介孔碳材料和納米限域材料相關成果；在第7章中新增了MOF納米晶和MOF薄膜兩大類特殊聚集態材料的內容；在第5章中新增素的分離及應用發展內容，重點介紹了徐光憲、嚴純華和高松院士的“串級萃取”技術為我國稀土領域做出的貢獻以及稀土在工業、農業和國防領域的重要應用，用我國的稀土資源對學生進行愛國主義教育，用院士們的成就激勵學生奮發圖強，為祖國的建設和發展貢獻力量，這也素在這本書的具體體現。
參加修訂編寫本書的作者仍是來自於六所大學的七位教授、博士生導師，均是在科研線的專家、學者。本書由浙江大學化學繫吳慶銀主編，浙江大學高分子科學與工程學繫高超和蘭州大學化學化工學院唐瑜為副主編。為了保證本書的質量，根據各位作者教學和研究領域的特長做了編寫分工：浙江大學吳慶銀，第1、2、3、8章；東北大學王卓鵬，第4章；蘭州大學唐瑜，第5章；浙江大學高超，第6章；東北師範大學鄒小勤，第7章；上海大學徐甲強，第9章；北京航空航天，第10章。全書由吳慶銀、高超和唐瑜統稿。另外，在新版中列出了1000餘篇參考文獻，其中大部分是近十年的文章，供讀者參閱，有利於對無機合成與制備化學新方向與發展動向的了解。
感謝徐如人院士院士、譚民裕教授和翟玉春教授的關心、指導和鼓勵；感謝各作者所在單位給予的理解、支持和幫助。在寫作過程中，我們的同事及研究生們尤其是範瑞清、吳雪霏、吳聞、胡少雄、趙未昀、祝薇、王濤、劉英軍、龐凱、秦天鋒等在文獻搜集、圖表制作、書稿校閱等方面做了許多工作，在此表示衷心的感謝。
限於編者水平和視野，書中不足和遺憾之處在所難免，敬請讀者繼續給予關注和指正。

編者
2022年9月於杭州



版前言
合成化學是化學學科的核心，是化學家改造世界、創造社會有力的手段。發展合成化學，不斷地創造與開發新的物種，將為研究結構、性能(或功能)與反應以及它們間的關繫，揭示新規律與原理奠定基礎，是推動化學學科與相鄰學科發展的主要動力。具有一定結構、性能的新型無機化合物或無機材料合成路線的設計和選擇，化合物或材料合成途徑和方法的改進及創新是無機合成研究的主要任務。化學家不僅發現與合成了眾多天然存在的化合物，同時也人工創造了大量自然界並不存在的化合物、物相與物態。
《無機合成與制備化學》作為研究生及本科高年級的一門重要課程，迫切需要一本簡明、現代的教材，重點介紹重要的無機合成與制備化學原理與方法以及重要的無機化合物和無機材料的合成與制備化學問題，內容體現出本學科的前沿和方向。為此，化學工業出版社組織編寫了《現代無機合成與制備化學》一書。
本書共十章。前兩章闡述了重要的無機合成與制備化學原理和方法，後八章介紹了重要的多酸化合物、分子篩及多孔材料、稀土配合物雜化發光材料、富勒烯及衍生物、金屬-有機骨架配位聚合物、無機-有機雜化材料、納米材料和烯烴復分解催化劑的合成與制備、應用及研究進展，內容具有現代性、新穎性和前瞻性，體現了本學科的前沿和發展方向。書中列出了近年新進展的1300餘篇參考文獻，以體現出簡明、現代的《無機合成與制備化學》的特點。本書可作為化學、化工、材料等專業研究生與高年級本科生的教材，也可供廣大科技人員參考。
參加本書編寫的作者有六所大學的七位教授，其中六位是博導，均是在科研線的專家、學者。本書由浙江大學化學繫吳慶銀主編、中國石油大學（華東）化學化工學院柳雲騏和蘭州大學化學化工學院唐瑜為副主編。為了保證本書的質量，根據各個作者教學和研究領域的特長做了分工：吳慶銀，第2、3、8章；柳雲騏，第1、4章；唐瑜，第5章；浙江大學化學繫劉子陽，第6章；溫州大學化學與材料工程學院李新華，第7章；上海大學理學院化學繫徐甲強，第9章；天津大學理學院化學繫王建輝，第10章。全書由吳慶銀統稿。 
感謝徐如人院士、龐文琴教授、王恩波教授、譚民裕教授和翟玉春教授等老師的關心、指導和鼓勵；感謝各作者單位給予的理解、支持和幫助;作者感謝化學工業出版社組織我們編寫《現代無機合成與制備化學》。在寫作過程中，我們的同事及研究生們尤其是劉春英、許勝先、劉桂艷、楊華、馬宇飛、胡小夫、童霞、 江岸、錢學宇、賈盛澄、張源、王暉等在文獻搜集、圖表制作、初稿校閱等方面做了許多工作，在此表示衷心的感謝。     
本書中有關內容的重疊與交叉，雖想盡力處理得當，然而限於編者水平有限，肯定會存在個別重復與不盡理想之處，敬請讀者批評指正。

編者
2010年4月於杭州