Small Methods: 材料制备中的金属热还原反应

金属热还原反应(MRRs)是一种固相置换反应,其利用活泼金属去还原不同化合物,从而制备金属、合金、非金属,和复合材料。美国俄勒冈州立大学的邢震宇博士,纪秀磊教授以及美国阿尔贡国家实验室的陆俊研究员系统地总结了金属热还原反应在材料制备方面的应用。相关综述发表在Small Methods

活泼的碱金属和碱土金属在较高温度下表现出非常强的还原活性,可以夺取氧化物的氧,和其他化合物中的非金属,形成自己的盐。这类反应具有很多优势,比如由这些反应得到的最终产物较少受到杂质的影响,所得产物经常具有精致的微观孔道结构和对应的功能,在反应规模放大方面也具有潜力。这最后一点对纳米材料的制备和推广尤其重要。其实以金属热还原反应制备先进材料是很有些历史的。从1940年开始就逐渐形成完整而且成熟的工业化生产体系,尤其是在制备钛,钽,铌,钒等特种金属方面。另外,金属热还原反应制备钼-铀,钛-钒-镍,钛-钒-铁,钛-钒-铬,镍-钛,硅-锗等一系列合金方向也取得了巨大的成功。值得注意的是,金属热还原反应制备无机非金属材料的研究从2007年才获得关注, 尤其通过镁热反应还原二氧化硅制备单质硅。之后,利用镁热反应还原氧化石墨烯和二氧化碳制备多孔碳材料也有了较系统性地研究。

最近,随着硫化锂@石墨烯纳米复合材料和锗@多孔碳复合材料的报道,预示着金属热反应在复合材料的制备领域也逐步崭露头角。该综述在最后也对金属热反应研究面临的机会和挑战提出了作者们的看法。金属热反应是材料化学领域和无机制备领域中罕见的、被低估的实验方法。这类反应的基础理论研究依然是非常欠缺的,对于它们的有效利用未来具有巨大的潜力,对该类反应的进一步研究会在先进材料制备上发挥重要作用。

相关文章“A Brief Review of Metallothermic Reduction Reactions for Materials Preparation”发表在Small Methodsdoi.org/10.1002/smtd.201800062)上。

 

 

 

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