无机化学研究前沿
无机化学的发展和应用
无机化学的发展和应用近年来，无机化学一直是化学领域研究的热点之一。
在很多人眼中，无机化学的研究和应用似乎没有有机化学那样的广泛且深入，但事实上，无机化学的发展和应用已经逐渐渗透到人们的生活和工作中，并已经成为许多行业和领域中不可或缺的重要组成部分。
一、无机化学的发展历程无机化学从诞生到今天已经走过了上千年的历史，发展历程中形成了许多独有的研究分支和应用方向。
在中国古代，针灸、瓷器等文化产品就体现了我国古代人民在无机化学领域的造诣；在欧洲，无机化学开始于18世纪的英国，随后迅速发展成为19世纪的中心学科。
如今，随着科学技术的不断进步和发展，无机化学成为了化学基础学科中的重要分支之一。
二、无机化学的学科分支无机化学学科囊括了从化学元素到无机化合物，从晶体结构到反应机理，从物理化学现象到生命系统的研究。
在无机化学学科内，又形成了多个研究方向，如固体无机化学、无机电化学、高分子无机材料化学、界面无机化学等。
从同步辐射X射线衍射技术到电镜、表面等离子共振等表征技术，在无机化学领域的研究方法不断更新换代，这为进一步深入研究无机化学提供了强有力的技术支持。
三、无机化学的应用领域在工业应用方面，无机化学在材料、能源、催化、分析化学、环保等诸多领域中发挥了重要作用。
比如，在新能源材料中，无机化学在太阳能电池、燃料电池等方面都有着重要的贡献。
此外，无机化学也广泛应用于医学、生物学等科学领域。
无机化合物在生物学中有着广泛的应用，从原子吸收光谱学到医药品的开发，无机化学为这些领域的进步做出了不可或缺的贡献。
四、前沿领域研究作为一个重要的化学基础学科，无机化学的研究不仅涉及到许多已知领域，而且也不断发现新的前沿领域。
在目前的无机化学研究中，人们开始试图从微观和宏观两个维度对原子、分子和材料进行研究和设计，这为研究和控制新材料的性质和功能提供了重要的理论和技术支持。
例如，金属有机框架材料（MOFs）作为一种新型晶态材料，其研究有望在环境治理、新能源等多个领域实现重大突破。
面试无机化学研究前沿
总结词
无机化学在生物医学领域的应用主要涉及药 物设计与合成、生物成像技术和生物医用材 料等方面。
详细描述
无机药物如金属配合物和金属纳米粒子在抗 癌药物、抗菌药物和抗病毒药物等领域具有 广泛应用。同时，荧光金属配合物和稀土元 素在生物成像技术中也发挥着重要作用。此 外，无机材料如钛合金、生物活性玻璃等在 骨修复、牙科和软组织修复等领域也具有重 要应用。
无机化学在新能源领域的应用
总结词
无机化学在新能源领域的应用主要涉及太阳能电池、燃料电池和锂电池等方面的研究。
详细描述
无机材料如硅基太阳能电池、染料敏化太阳能电池和钙钛矿太阳能电池等在太阳能转换 和存储方面发挥着重要作用。同时，无机材料在燃料电池和锂电池中作为电极材料、电
解质材料等也具有重要应用。
无机化学在生物医学领域的应用
同时，随着科技的不断进步和应用需求的不断提 高，无机化学的研究方法和手段也将不断更新和 完善，为解决人类面临的许多挑战提供更加有效 的解决方案。
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面试无机化学研究前 沿
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CONTENTS
• 引言 • 无机化学基础知识 • 无机化学研究前沿领域 • 无机化学的未来发展 • 结论
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ANALYSIS
SUMMAR Y
01
引言
无机化学的定义和重要性
定义
无机化学的发展趋势和挑战
生物无机化学的前沿问题
生物无机化学的前沿问题生物无机化学是化学和生物学的交叉学科，是研究生物体内无机物质与生命过程之间相互作用、调节、转移及功能的化学基础。
它是现代生命科学的重要组成部分，对于深入了解生命体系、阐明其运作机制、探索生态学、环境保护、食品安全等方面具有重要价值。
本文将分析生物无机化学的前沿问题，包括生物元素的结构功能、离子通道、金属蛋白质、生物无机材料等方面。
一、生物元素的结构功能生物元素包括近30种元素，构成了生命体系中的化学元素组成。
它们在生命体内发挥干细胞分化、DNA复制、ATP合成、信号传递等许多重要生理过程中的基本作用。
生物元素的结构功能问题是生物无机化学的基础问题之一。
生物元素的结构功能关系的解析对于揭示生命的本质有着关键的作用。
生物元素的结构功能研究主要集中在氧化还原作用、配位作用、交联作用等方面。
二、离子通道离子通道是细胞膜上的蛋白质聚集体，是通过大量离子通道试验研究得来的，主要用于控制神经、心肌细胞和许多其他细胞类型中离子通量的选择性。
近年来，通过结构生物学、化学生物学等方法，人们对离子通道的结构和功能研究取得了一系列重要进展。
离子通道可以协助细胞膜的质子转移、离子的传输、离子流的荟萃，离子通道在感受到外部信号后可以响应并产生生物和神经反应，产生复杂的行为。
三、金属蛋白质金属蛋白质是蛋白质与金属离子紧密结合的化合物，具有神经生物学、调节、传输、光合作用等生理功能。
金属的种类不同会导致金属蛋白质的结构和功能发生变化。
在对金属蛋白质的研究中，人们提出了一些新的思路，例如利用具有高金属亲和力的代价的分子，抑制蛋白质的活性，从而用于药物设计。
这对于基于蛋白质的药物设计、生物材料的制备给出了新的思路，产生了重要的理论和实践意义。
四、生物无机材料生物无机材料是生物体与无机物质相互作用形成的新的化合物，如钙化、骨化等都是生物无机材料的典型例子。
生物无机材料具有优良的材料性能，如高强度、耐腐蚀、抗老化等特点，常用于制备高性能材料。
无机化学领域中的新进展
无机化学领域中的新进展无机化学是化学学科中的重要分支，它研究的是无机物的物理、化学性质和其在生命体系、环境等各个领域中的应用。
近年来，随着科技的不断进步，无机化学领域中也涌现出了一些新的进展和应用。
本文将从四个方面介绍无机化学领域中的新进展。
一、金属-有机框架（MOF）材料的研究金属-有机框架材料是一种多孔性材料，由金属离子、有机配体和水分子等组成。
它们具有巨大的表面积、可调控的结构和化学活性，被广泛应用于气体吸附、分离、催化、传感等领域。
近年来，研究人员通过调控金属-有机框架材料的结构、组成和表面性质，不断地优化其性能，并将其应用于新的领域。
例如，研究人员将金属-有机框架材料与生物分子结合起来，用于分离和纯化生物分子。
他们发现，金属-有机框架材料可以通过与生物分子特异性的作用，对混合蛋白质进行分离和纯化，从而使得这一过程具有更快速、更高效、更经济的特点。
此外，研究人员还将金属-有机框架材料用于制备新型的光催化剂。
他们通过改变金属-有机框架材料中的金属离子和有机配体，设计出了具有可蓝移和红移发光性质的金属-有机框架材料，并用于太阳能光催化分解有害有机物质。
二、铁催化反应的应用近年来，铁催化反应受到研究人员的广泛关注。
与传统的贵金属催化反应相比，铁催化反应有着催化剂便宜、容易获取等优点，并已被应用于许多有机合成和化工领域。
例如，研究人员利用铁催化法制备了代表性的杂环化合物，如吡咯、吡唑和噻吩等。
这些杂环化合物具有广泛的生物活性和应用价值，并在医药、农药等领域中得到了广泛应用。
此外，铁催化法还可以用于制备化学品中一些重要的功能性单体，这些单体具有非常广泛的应用，如聚酰胺、聚酯、聚碳酸酯和聚氨酯等。
三、新型染料敏化太阳能电池技术太阳能电池是当前可再生能源领域中的重点研究领域之一，而新型染料敏化太阳能电池技术的发展受到越来越多的关注。
新型染料敏化太阳能电池由染料分子、半导体纳米晶和电解质等组成。
染料分子吸收可见光并转化为电子，电子通过半导体纳米晶进入电解质，经过电子传输和回流形成电流输出。
无机化学研究热点
无机化学研究热点和研究进展无机化学是化学学科里其它各分支学科的基础学科，在近年来取得较突出的进展，主要表现在固体材料化学、配位化学等方面。
当前无机化学的发展趋向主要是新型的无机化合物的合成和应用，以及新的研究领域的开辟和建立。
因此21世纪理论与计算方法的运用将大大加强理论和实验更加紧密的结合。
同时各学科间的深入发展和学科间的相互渗透，形成许多学科的新的研究领域。
例如，生物无机化学就是无机化学与生物学结合的边缘学科；固体无机化学是十分活跃的新兴学科；作为边沿学科的配位化学日益与其它相关学科相互渗透与交叉。
一．无机化学研究热点热点一配位化学配位化学是在无机化学基础上发展起来的一门边沿学科。
配位化学在现代化学中占有重要地位。
当前配位化学处于无机化学的主流，配位化合物以其花样繁多的价键形式和空间结构在化学理论发展中，以及与其他学科的相互渗透中成为众多学科的交叉点。
我国配位化学研究已步人国际先进行列，研究水平大为提高。
如:(1)小新型配合物、簇合物、有机金属化合物和生物无机配合物，特别是配位超分子化合物的基础无机合成及其结构研究取得了丰硕成果，丰富了配合物的内涵;(2)开展了热力学、动力学和反应机理方面的研究，特别在溶液中离子萃取分离和均相催化等应用方面取得了成果;(3)现代溶液结构的谱学研究及其分析方法以及配合物的结构和性质的基础研究水平大为提高;(4)随着高新技术的发展，具有光、电、热、磁特性和生物功能配合物的研究正在取得进展，它的很多成果还包含在其它不同学科的研究和化学教学中。
在配位化学学科发展的同时创造出更为奇妙的新材料，揭示出更多生命科学的奥妙。
从超分子之类的新观点研究分子的合成和组装，在我国日益受到重视。
化学模板有助于提供物种和创造有序的组装，但是其最大的困难在于克服热力学第二定律所要求的无序。
尽管目前我们了解了一些局部的组装规律和方法，但比起自然界长期进化而得到的完满而言，还有很大差距。
配位化学包含在超分子化学概念之中。
无机化学的新进展与应用前景
无机化学的新进展与应用前景无机化学是化学的基础学科，从化学元素的基本性质开始，研究原子、分子、化合物之间的相互作用和转化过程。
作为化学科学中最古老、最综合、最基础的分支学科之一，无机化学在社会的各个领域都有广泛的应用。
近年来，人们对于无机化学的研究和应用也在不断的发展，取得了许多令人瞩目的新进展。
1.氧化物的研究氧化物的研究一直是无机化学研究的热点之一。
在新能源和环境保护领域，氧化物作为贵重金属、有机催化剂及其它高性能材料的控制骨架，具有重要的应用前景。
然而，氧化物的高温、高压和反应热难以控制，同时其物理性质和电子性质受晶体结构、晶面和界面影响很大，因此，对于氧化物在不同结构和配合物中的电子结构、反应机理及应用前景的研究具有非常重要的意义。
2.光电磁材料的研究随着科学技术的快速发展，光电磁材料研究已经成为了无机化学中非常关键的领域之一。
这些物质广泛应用于发光二极管、光电池、光纤通信及太阳能电池等各种高科技领域。
此外，光电磁材料的研究有助于理解光电子的基本行为和光学性质，预示着未来在光电子与器件领域可能出现的新突破。
3.金属有机框架材料的研究金属有机框架材料是一类新型有机-无机杂化功能材料。
具有小孔径、高孔密度、可调反应活性、稳定的骨架结构等优良特性，因此在气体吸附、分离、储氢、催化、光电催化、药物分子控制释放和传感识别等领域具有广泛的应用前景。
近年来，对金属有机框架材料的研究和应用也取得了一系列的进展，如发现了新型具有双重环醚结构和多重酸碱功能的金属有机框架材料等。
总而言之，无机化学的新进展与应用前景十分广泛。
随着科技的发展和科学家们的努力，我们相信无机化学的新发现和新应用将会不断涌现。
这将为人类的未来发展带来源源不断的动力与活力，为我们的生活带来更多惊喜和惊艳。
无机化学的新进展
无机化学的新进展一、简介无机化学是研究在无机体系中发生的化学反应和现象的学科。
随着科学技术的不断进步，无机化学也在不断发展，涌现出众多新的理论和应用。
本文将从无机材料的开发与应用、催化剂的研究、新型配位化合物的设计和合成等方面，介绍无机化学的新进展。
二、无机材料的开发与应用无机材料在生物医学、电子器件、催化剂、环境治理等领域都有广泛应用。
近年来，人们对无机材料的研究重点主要集中在纳米材料和多孔材料方面。
1. 纳米材料纳米材料是具有尺寸在1-100纳米之间的材料，具有特殊的物理和化学性质。
在无机化学中，纳米材料的合成、表征及其在催化、传感、储能等方面的应用成为研究热点。
例如，金属纳米颗粒具有较大的比表面积和丰富的表面活性位点，可用于催化反应和传感器制备。
此外，气体敏感纳米材料在气体传感和储能方面也取得了一定的成果。
2. 多孔材料多孔材料是由具有可重复的孔道结构的无机物或有机物组成的材料。
其具有高比表面积、大孔容和高孔隙率的特点，广泛应用于吸附分离、储能、催化剂等领域。
近年来，无机多孔材料如金属有机框架、无机-有机杂化材料等的研究取得了重要突破。
这些材料不仅具有高效吸附分离性能，还可用于制备高性能催化剂和电子器件。
三、催化剂的研究催化剂在化学合成、环境治理、能源转化等领域起着至关重要的作用。
近年来，通过设计新颖的催化剂结构和合成方法，提高催化剂的活性和选择性是无机化学领域的热点之一。
1. 单原子催化剂单原子催化剂是指将单个金属原子分散地负载在载体上，具有高催化活性和选择性。
传统的催化剂存在金属集中堆积和晶面同质缺陷等问题，而单原子催化剂能够克服这些问题，为化学反应提供了高效的催化性能。
通过无机化学手段合成和调控单原子催化剂的结构和性质，并研究其在催化反应中的机理，已成为无机化学研究的重要方向。
2. 金属有机框架催化剂金属有机框架材料是由金属离子和有机配体组成的晶体材料。
其具有高比表面积、可调控的孔道结构和丰富的活性位点，是一类重要的催化剂。
无机化学的发展趋势
无机化学的发展趋势无机化学作为化学学科的重要分支，在现代科学和工业生产中起着重要的作用。
随着科技的不断进步和经济的快速发展，无机化学也在不断演化。
本文将探讨无机化学的发展趋势，并分析其可能的未来方向。
一、新型材料的研究与应用新型材料是无机化学领域的热门研究方向。
无机材料的研究与应用已经涉及到诸多领域，如能源存储与转换、光电器件、催化剂等方面。
例如，钙钛矿太阳能电池作为高效、廉价的太阳能转化器件受到广泛关注。
此外，金属有机骨架材料和二维材料也是研究热点，它们具有调控结构和性能的潜力，可应用于气体存储、分离、传感等领域。
二、可持续发展与环境治理环境问题日益突出，可持续发展已成为全球的共识。
无机化学在环境治理中发挥着重要的作用。
例如，通过研究新型吸附剂和催化剂，可以更高效地去除有害物质和减少污染产物的生成。
同时，绿色合成和可再生资源利用成为新的研究方向，通过设计合成无机材料来代替传统的有机合成，实现可持续发展目标。
三、纳米技术在无机化学中的应用纳米技术是目前科学研究的热点领域。
无机化学作为纳米技术的基础，其研究和应用将会得到进一步拓展。
通过纳米技术，可以控制材料的尺寸、形貌和结构，从而调控其性质和功能。
例如，通过控制金属纳米颗粒的大小和形貌，可以调节其催化性能和光电性能。
纳米技术在催化、储能、光催化等方面有着广阔的应用前景。
四、计算化学与理论模拟计算化学和理论模拟已成为无机化学研究不可或缺的工具。
通过计算化学方法，可以预测和解释无机化合物的结构、性质和反应行为。
理论模拟可以帮助研究人员从原子水平上理解无机材料的性质和反应机制。
随着计算机硬件和软件技术的不断发展，计算化学在无机化学中的应用将会越来越广泛。
五、多学科交叉与创新无机化学的发展趋势是多学科交叉与创新。
无机化学与物理学、生物学、材料科学等学科的结合将促进学科的发展和应用。
例如，生物无机化学研究已经涉及到生命科学和医药领域。
多学科交叉合作不仅拓宽了无机化学的研究方向，也有助于解决跨学科的科学难题。
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作为非结构材料, 碳纤维复合材料可作密封材 料、耐磨材料、隔热材料、电极材料。
在原子能工程上用碳纤维－石墨复合材料作铀 棒的幕墙材料, 不仅可以防止铀棒的辐射变形, 使其 对中子的吸收截面变小, 反射中子能力增强, 而且在 光氧条件下能耐3000 ℃以上的高温。
将碳纤维进行活化处理，得到活性碳纤维，是 已知的比表面积最大的物质之一(2500 m2·g-1)，被 称为第3代活性炭，作为新型吸附剂具有重要的应 用前景。
要的学术意义和应用前景，其中最早令人关注的是 金属掺杂富勒烯的超导性。
气相法成功地制成了膜状金刚石，使金刚石的 应用范围大大扩展，因为高温高压合成的金刚石及 天然金刚石的应用只是利用其高硬度特性，其他优 异的特性均因形态的限制而未能得到很好的开发和 利用。膜状金刚石必然会进入半导体工业、电子工 业及光学等领域。
日前，国际化学界权威学术刊物《美国化学会
志》(J. Am. Chem. Soc.)刊发了中国科技大学陈乾旺 教授领导的研究组的论文“低温还原二氧化碳(CO2) 合成金刚石” 。
C60是20世纪的重大科学发现之一。Kroto等人 因此而荣获1996年诺贝尔化学奖。
富勒烯的结构特点 以C60为代表的富勒烯均是空心球形构型，碳原
子分别以五元环和六元环而构成球状。如C60就是由 12个正五边形和20个正六边形组成的三十二面体， 像一个足球。每个五边形均被5个六边形包围, 而每 个六边形则邻接着3个五边形和3个六边形。富勒烯 族分子中的碳原子数是28、32、50、60、70… 240、 540等偶数系列的“幻数”。
在共价型石墨层间化合物中，嵌入物与基质碳 原子间的化学键是共价键。一般而言，石墨的层平 面要变形。例如氟化石墨，其碳原子层是折皱的， 折皱面内各碳原子以sp3杂化轨道与其他3个碳原子 及1个氟原子结合，C－C键长与一般C－C单键相等， 层间距为730pm，比未插入层增大一倍多。
★石墨层间化合物的功能与应用 石墨层间化合物的性质因嵌入物不同、阶数不
★石墨气化法
电弧放电法气化石墨，每小时可气化10g，产 物是一种黑色粉末，是C60和C70的混合物。用升华 法、色谱法等可得到纯的C60和C70。 ★纯碳燃烧法
在573～673 K真空中加热特制的炭黑，收集蒸 气凝结成的固体，制得C60和C70。
富勒烯的应用前景 从化学和材料科学的角度来看，富勒烯具有重
在医学上，碳纤维增强型塑料是一种理想的人 工心肺管道材料，也可作人工关节、假肢、假牙等。
4. 富勒烯
1985年，英国Sussex大学的H. W. Kroto等人用 激光作石墨的气化试验发现了C60，这是一种由60个 碳原子组成的稳定原子簇。此后又发现了C50、C70、 C240乃至C540等，它们都具有空心的球形结构，属于 笼形碳原子簇分子。由于C60的结构类似建筑师 Buckminster Fuller设计的圆顶建筑，因而称为富勒 烯(Fullerend)，也有布基球、足球烯、球碳、笼碳 等名称。
原料合成氨的催化剂，350 ℃下1h转化率可达90 %。
➢防水防油剂 如氟化石墨的表面自由能和聚四氟乙烯相近或
略低，显示了极强的疏水性。因此，可利用此疏水 性预防因水而引起的润滑和污染附着。在镀镍时， 如使Ni和氟化石墨共析，可得防水性极强的金属表 面。 ➢石墨复合磁粉
将铁盐插入石墨层间可制得石墨复合磁粉，其 磁性能优于γ－Fe2O3磁粉，用作磁记录介质，可增 大对带基附着力、减小对磁头的磨损、提高其防潮 性能及温度稳定性。
C60的晶体属分子晶体，晶体结构因晶体获得的 方式不同而异，但均系最紧密堆积所成。用超真空 升华法制得的C60单晶为面心立方结构。
C60的合成 1985年以激光气化石墨法只能制取几毫克的
C60，不足以开展大量的研究。直到1990年，C60的 合成才取得突破。目前C60的合成法主要可分为以下 两种：
3. 碳纤维
碳纤维是由有机纤维经炭化及石墨化处理而得 到的微晶石墨材料。碳纤维的微观结构类似人造石 墨，是乱层石墨结构。
碳纤维的制备 目前应用较普遍的碳纤维主要是聚丙烯腈碳纤
维和沥青碳纤维。 碳纤维的制造包括纤维纺丝、热稳定化(预氧
化)、炭化及石墨化等4个过程。其间伴随的化学变 化，包括脱氢、环化、氧化及脱氧等。
应用
★石墨层间化合物的结构
离子型石墨层间化合物中碳原子基本保持石墨
的平面层状结构，插入层的层间距增大，未插入层
的层间距无变化。石墨层间化合物按插入层的分布
分为不同的阶数：一阶化合物每隔1个碳原子层插 入1层反应物，如C8K； 二阶为每隔2层插入1层反 应物，如C24K；三阶为每隔3层插入1层反应物，如 C36K…… 依此类推。据报道已有阶数为15的层间化 合物。
7.1.2 碳单质及其衍生物
在学术界，一般认为金刚石、石墨、碳笼原子 簇、线型碳是碳的几种同素异形体。
金刚石，原子晶体，碳原子间以sp3杂化成键；
石墨，混合键型或过渡型晶体，碳原子间以sp2 杂化成键；无定形碳和碳黑都是微晶石墨。
富勒烯(碳笼原子簇)，分子晶体，碳原子间以 s0.305p0.695杂化轨道成键(3条键) ；碳原子上还有1 条键(s0.085p0.9模量高、强度大、密度小、耐高温、
抗疲劳、抗腐蚀、自润滑等优异性能。从航天、航 空、航海等高技术产业到汽车、建筑、轻工等民用 工业的各个领域正逐渐得到越来越广泛的应用。主 要用于导电、隔热、过滤等方面。
碳纤维增强复合材料作结构材料, 可作飞机的 尾翼或副翼, 通信卫星的天线系统和导波管、航天 飞机的货舱门、燃料箱、助推火箭的外壳。在建筑 方面，可作碳纤维增强水泥地板，并有取代钢筋的 可能性。
他们自己研制高压反应釜进行实验，用安全无
毒的二氧化碳作原料，使用金属钠作为还原剂，在
440℃和800个大气压的条件下，经过12小时的化学 反应，终于成功地将CO2还原成了金刚石。目前， 已能生长出1.2毫米的金刚石，有望达到宝石级，产 物外观无色、透明，可与天然金刚石媲美
此法CO2转化金刚石的产率达8.9% ，工艺重复 性好，结果日前已申请国际专利。
石墨转化法所得的金刚石往往是细粒乃至粉末， 使用时往往需烧结。此外，产品中还含有未反应的 石墨、催化剂等杂质，因此还需提纯。这种产品主 要用于精密机械制造领域。
★气相合成法(CVD法) 气相法是用含碳气态物质作碳源，产物往往是
附在基体上的金刚石薄膜。研究表明，含碳气态物 质在一定高温分解出的甲基自由基，甲基自由基相 当于金刚石的活性种子。因为金刚石中的碳处于sp3 杂化状态，甲基中的碳也处于sp3杂化状态，甲基自 由基分解后便以金刚石的形式析出。
➢贮氢及同位素分离材料 钾、铷、铯等碱金属的石墨层间化合物在一定
温度下能化学或物理吸附氢。如C8K吸附氢生成 C8KHx(0≤x≤2)，且离解温度及离解能低，吸附与解 吸完全可逆，达平衡的时间短，因而可作贮氢材料。
更有趣的是这种吸附对氢、氖、氖有选择性，因而
可用于氢同位素分离。
➢新型催化剂 如C8K作乙烯、苯乙烯等聚合反应的催化剂 石墨－钾－FeCl3三元层间化合物作H2和N2为
离能小的碱金属和电子亲和能大的卤素、卤化物及 酸等，从而形成石墨层间化合物(GIC)。 ★石墨层间化合物的类型
石墨层间化合物按基质－嵌入物间的化学键分 类，可分为离子型和共价型两大类。
在离子型化合物中，碱金属之类的插入物形成 向石墨提供电子的层间化合物，称为施主型; 插入 物为卤素、卤化物时，形成从石墨得到电子的层间 化合物，称为受主型化合物。
常温常压下石墨转化为金刚石是非自发的，但 在高温高压(由疏松到致密)下可能实现这种转化， 其温度和压力条件因催化剂的种类不同而不同。
石墨转化法可分为静态超高压高温法和动态法 两种。 ➢静态超高压高温法 用高压设备压缩传压介质产 生3～10GPa的超高压，并利用电流通过发热体，将 合成腔加热到l000～2000℃高温。其优点是能较长 时间保持稳定的高温高压条件，易于控制。该法可 得到磨料级金刚石，但设备技术要求高。
2.石墨及其石墨层间化合物
石墨
石墨具有层状晶体的结构。在晶体中，C原子
采用sp2杂化轨道成键，彼此间以键连接在一起，
同时在同一层上还有一个大 键。
同一层的碳C－C键长143 pm，层与层之间的距
离为335 pm。
143pm
335 pm 669.6 pm
245.6p m
石墨层间化合物 石墨的碳原子层间有较大的空隙，容易插入电
线型碳，分子晶体，碳原子间以sp杂化成键。 其化学稳定性为： 线型碳＞石墨＞金刚石＞富勒烯。
1. 金刚石
金刚石主要用于精密机械制造、电子工业、光 学工业、半导体工业及化学工业。天然金刚石稀少， 只限于用作装饰品，因此人工合成金刚石正在成为 碳素材料中的重要研究开发领域。 金刚石的合成
金刚石合成已有四十多年的历史。已报道的合 成方法大致可分为两类：石墨转化法和气相合成法 ★石墨转化法
第7章 无机化学研究前沿
§7.1 无机碳化学 §7.2 无机高分子化合物 §7.3 纳米材料
§7.1 无机碳化学
7.1.1 概述 7.1.2 碳单质及其衍生物 7.1.3 碳纳米管
7.1.1 概述
有人预言，21世纪是“超碳时代”。理由是： 金刚石的人工合成、碳纤维的开发应用、石墨层间 化合物的研究、富勒烯(碳笼原子簇)及线型碳的发 现及研究都取得了令人瞩目的进展。这些以单质碳 为基础的无机碳化学给人们展现了无限的想象空间。 ➢ IBM日前表示将开发在碳纳米管上融合一片集成 电路的器件。该技术有望加快下一代芯片产品的面 世。 ➢美国贝尔实验室的研究小组使用富勒烯在较高温 度下(117K)制造出了电阻为零的有机超导体。
为了获得粒度较大的优质金刚石单晶，普遍采 用过渡金属(Ni，Fe，Co等)及其合金作触媒，保持 约5GPa的压力、1500K的温度到一定的时间，使石 墨转化金刚石。要获得优质粗粒的金刚石单晶，一 般用石墨片与触媒片交替组装的方式。