微波化學的發(fā)展及應用

微波化學的發(fā)展及應用                    

    微波化學是研究在化學中應用微波的一門新興的前沿交叉學科．它是在人們對微波場中物質(zhì)的特性及其相互作用的深入研究基礎上發(fā)展起來的．因此也可以說，微波化學是根據(jù)電磁場和電磁波理論、電介質(zhì)物理理論、凝聚態(tài)物理理論、等離子體物理理論、物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論和化學原理，利用現(xiàn)代微波技術(shù)來研究物質(zhì)在微波場作用下的物理和化學行為的一門科學。

微波場可以直接作用于化學體系從而促進或改變各類化學反應．這就是通常意義上的微波化學，微波對凝聚態(tài)物質(zhì)的化學作用主要屬于這一類．微波場也可先被用來誘導產(chǎn)生等離子體，進而在各種化學反應中加以利用，微波對氣態(tài)物質(zhì)的化學作用主要屬于這一類．這就是所謂微波等離子體化學，它是廣義微波化學所涵蓋的內(nèi)容．
    從歷史上看，微波等離子體化學的發(fā)展實際上先于直接微波化學的發(fā)展，最早在化學中利用微波等離子體的報道出現(xiàn)于1952年，當時H．P．Broida等用形成微波等離于體的辦法以發(fā)射光譜法測定了氫—抗混合氣體中氖同位素的含量．后來他們又將這一技術(shù)用于氮的穩(wěn)定同位索的分析，從而開創(chuàng)了微波等離子體原子發(fā)射光譜分析的新領(lǐng)域．微波等離子體用于合成化學則是60年代以后的事，其中最成功的事例包括金剛石、多晶硅、氮化硼等超硬材料，有機導電膜，超細納米粉體材料，藍色激光材料c-GaN，單重激發(fā)態(tài)氧的合成；高分子材料的表面修飾和微電子材料的加工等，其中不少現(xiàn)已形成了產(chǎn)業(yè)．例如，工業(yè)微波設備。

有趣的是，在化學中直接利用微波能的研究也開始于分析化學  1974年J.A.Hesek等首先利用微波爐進行樣品烘干．次年．有人用它作生物樣品的微波消解并取得了很大成功．現(xiàn)在這一技術(shù)已經(jīng)商品化并作為標準方法被廣泛用于分析樣品的預處理烘干機。

    微波用于合成化學始可于1986年R．Gedye等對微波爐內(nèi)進行酯化、水解、氧化和親核取代反應及R．J.Giuere毗等對煎與馬來酸二甲酯的Diels-A1der環(huán)加成反應的研究.此后在有機化合物的幾十類合成反應中也都取得了很大成功．
    微波在無機固相反應中的應用是近年來迅速發(fā)展的一個新領(lǐng)域．現(xiàn)已廣泛應用于陶瓷材料(包括超導材料)的燒結(jié)，固體快離子導體、超細納米粉體材料、沸石分子篩的合成等，并取得了十分可喜的成功．

在催化領(lǐng)域，由于三氧化二鋁，二氧化硅等無機載體不吸收微波，微波可直接傳送到負載于載體表面的催化劑上并使吸附其上的經(jīng)基、水、有機物分子激活，從而加速化學反應的進行．已研究過的催化反應最有名的有甲烷合成高級烴類、光合作用的模擬和酸氣污染物的去除等殺菌機．
    此外，微波在采油、煉油、冶金、環(huán)境污染物治理等方面也都取得了很多進展  可以看出，微波在化學中的應用已幾乎遍及化學的每一個分支領(lǐng)域，微波化學實際上巳成為化學學科中一個十分活躍而富有創(chuàng)新成果的新的分支學科．

微波化學研究在我國起步并不太晚，中國科學院蘭州化物所、吉林大學、云南大學、蘭州大學，四川大學等在微波等離子體化學和微波合成及反應化學方面的研究都起步較早并取得過有影響的成果  1993年以微波化學為主題的長春夏季化學討論會、1996年在長春召開的第一屆全國微波化學會議及隨后成立的微波化學專業(yè)委員會和1998年在昆明召開的第二屆全國微波化學會議對我國微波化學的發(fā)展起了很好所涉及的領(lǐng)域越來越廣泛．一個有一定群眾件的研究微波化學的高潮中在出現(xiàn)．