【正文】 的鈉離子能夠與水溶液中的鈣離子發(fā)生快速交換： Na沸石 A＋ 1/2Ca2＋ （ aq） → A＋ Na＋ （ aq） 沸石的特殊離子交換特征決定于結(jié)構(gòu)中洞 /籠的大小及其存在的配位環(huán)境 。 在后一應(yīng)用方面 ， 已經(jīng)采用沸石 A來代替先前使用的多聚磷酸鹽 ， 它最終分解為準(zhǔn)礦物土壤 ， 因而具有環(huán)境友好特點(diǎn) 。這種形式的沸石可以通過沸石與酸的直接離子交換而得到。nsted酸和 Lewis酸形式催化活性的酸沸石既可以是以質(zhì)子連接在網(wǎng)絡(luò)骨架四面體上形成的 Br246。nsted酸脫水得到的 Lewis酸 。nsted酸和 Lewis酸形式 酸性沸石只要在其孔洞中吸附了分子，就可以催化那些典型強(qiáng)酸的反應(yīng)。沸石之所以具有如此好的催化作用特征，就在于它們具有形狀選擇性。 形狀選擇性可以以三種方式產(chǎn)生： 反應(yīng)物選擇、產(chǎn)物選擇以及或許是重要性稍小一些的中間過渡態(tài)選擇。 產(chǎn)物的選擇性源于這樣的事實(shí)，只有某些產(chǎn)物具有合宜的大小，只要它們一生成，就能夠很快沿著沸石的隧道逃逸出去。 圖 ZSM5隧道中的 1,4二甲苯以及二甲苯構(gòu)型的比較 沸石 ZSM5中擁有 10元環(huán)隧道，其直徑約為 ，它允許 1,4二甲苯從中快速擴(kuò)散，但不允許 1,2和 1,3二甲苯從中擴(kuò)散出去， 1,4二甲苯的擴(kuò)散系數(shù)要比另兩個(gè)快 104倍。因此它們在 10元環(huán)中的擴(kuò)散就受到阻礙。不過， 1,4二甲苯具有較大的流動(dòng)性，使得這個(gè)異構(gòu)體能夠從沸石中逃逸出來，而其它兩個(gè)異構(gòu)體則寧愿進(jìn)一步質(zhì)子化和發(fā)生重排。 插層材料 柱撐化粘土 合成沸石的最大孔徑在 10 197。 進(jìn)一步嘗試增加孔徑 ， 可允許更大的分子被吸附到無機(jī)結(jié)構(gòu)中 ， 為此化學(xué)家發(fā)展了柱撐化粘土 。 通常形成層化合物的原子是硅和鋁 ， 同時(shí)還存在有小的一價(jià)和二價(jià)的離子 ， 如鎂和鋰 。 這些插層的陽離子極易進(jìn)行離子交換 。諸如烴基胺離子和多核羥基金屬離子可以替代堿金屬離子，如圖 。這樣的柱撐化反應(yīng)可以采用粉末 X射線衍射來跟蹤，內(nèi)層撐開的程度對(duì)應(yīng)于晶格參數(shù) c，因而導(dǎo)致了 011衍射面向低角 2θ方向移動(dòng)。 這樣形成的柱撐化粘土產(chǎn)物具有良好的熱穩(wěn)定性 ， 至少耐熱到 500℃ 。 然而 ，由于層間的柱撐化離子的分布難以控制 ， 柱撐化粘土的結(jié)構(gòu)也就不像沸石那樣規(guī)正 。 圖 粘土中插層的示意圖 二維插入化學(xué) 有一些固態(tài)反應(yīng)可以在低得多的溫度下進(jìn)行 ， 或者僅在室溫以上就能進(jìn)行 ， 并且反應(yīng)過程還涉及材料結(jié)構(gòu)的改善 。 能發(fā)生插入反應(yīng)的許多材料都具有圖 所示的那種層結(jié)構(gòu)。 圖 插層反應(yīng)示意圖 圖 ， 它是簡單化合物石墨的結(jié)構(gòu)示意 。 在層的堆垛方向 ， 相鄰兩層是相互錯(cuò)位的 ， 如此沿著 c軸的重復(fù)單元 ， 應(yīng)當(dāng)包括兩個(gè)層 。 例如反應(yīng) 8C(s)+K(l) → C8K 在鉀的熔點(diǎn) 64℃ 以上溫度就可發(fā)生，而反應(yīng)的驅(qū)動(dòng)力是電子從鉀原子向石墨層上的轉(zhuǎn)移。因?yàn)槭肿訉觾?nèi)的 C－ C鍵在整個(gè)反應(yīng)過程中保持不變，故該反應(yīng)過程所需要的能量要比涉及固態(tài)的經(jīng)典反應(yīng)所需的能量小的多，因之反應(yīng)能在低溫下進(jìn)行。 其中 ， 某些層狀體系的插入化合物呈現(xiàn)出一種特殊現(xiàn)象 ， 稱之為多層層階 （ Staging） 。 C8K如圖 ， 這是最高的鉀插入化合物 ， 或者稱為一階化合物 ， 全部碳層之間都插入鉀離子 。 化合物 C24K結(jié)構(gòu)中 ， 不是從所有的碳層間移走一定比例的鉀離子 ， 而是從碳層間交替移走完整的鉀層或者 1/3的鉀離子 ， 形成了層階 。 化合物 C36K和 C48K則分別是三階的和四階的插入化合物 （見圖 ） ， 每兩個(gè)鉀離子層之間分別相隔三個(gè)和四個(gè)石墨碳原子層 。石墨的這種層結(jié)構(gòu)導(dǎo)致了 011晶面在粉末 X－射線衍射圖中極易觀察到強(qiáng)的衍射峰 。 圖 C8K和 C24K中石墨的粉末 X－射線衍射圖 圖 CnK結(jié)構(gòu)中的層階。 還有一些具有晶體結(jié)構(gòu)、但其中存在有弱相互作用層的材料，也能發(fā)生類似石墨的反應(yīng)，表 A的一些插層材料。例如過渡金屬硫化物 TaS VPS3和 FeOCl。因此，許多容易被氧化或者容易給出電子的物種能夠插入硫化物層間。 過渡金屬硫化物中插入堿金屬 鋰能在全部組成范圍內(nèi)插入 TaS2中，形成插入物 LixTaS2， 0x，鋰占據(jù)層間的八面體配位位置；當(dāng) x增大時(shí)，垂直于層面的晶胞參數(shù) c也隨之連續(xù)增大，從 （ 57～ 62pm）。層階 Ⅳ 的化合物 充鉀原子。 堿金屬插入 TaS2形成的產(chǎn)物，暴置在空氣中，可以水化形成諸如為 (H2O)nTaS2，其中水合陽離子存在于金屬硫化物層間。 胺插入物 伯胺插入 TaS2中形成大范圍內(nèi)的長鏈，例如從甲基胺到C18H37NH2，形成的插入物例如為 (C18H37NH2) TaS2。隨著胺中碳原子數(shù)目增加，內(nèi)層的分隔程度也隨之連續(xù)增大。二茂鈷 Co(ηC5H5)2是一個(gè) 19電子化合物，很容易被氧化。[Co(ηC5H5)2]，如圖 。另一個(gè)能插入二硫化物層間的有機(jī)金屬化合物是二茂鉻 Cr(ηC5H5)2。我們可以通過在其中填入客體物來加大層與層間的間隔。采用堿金屬插入過渡金屬氧化物時(shí)，反應(yīng)會(huì)使過渡金屬還原。 ReO3的結(jié)構(gòu)是完全開放性的 ， 可以讓鋰離子擴(kuò)散進(jìn)入 ， 在整個(gè)反應(yīng)過程中金屬氧化物的結(jié)構(gòu)始終保持不變 ， 只是其中部分 Re由 Re（ Ⅵ ）還原到 Re（ Ⅴ ） 。 離子交換 上面我們介紹的材料結(jié)構(gòu)中均含有強(qiáng)作用成鍵的層或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu) 。反應(yīng)中 ， 弱鍵結(jié)合的物種被另一物種所替代 。 另一類材料也能發(fā)生類似的反應(yīng)。例如 LiTiNbO5具有圖 結(jié)構(gòu)，其中的鋰離子可以被 Na＋ 、 K＋ 離子所交換。 圖 八面體連接形成的 LiNbO5的結(jié)構(gòu) 圖 C60分子的結(jié)構(gòu) 4. 富勒烯和富勒烯插層化學(xué) 圖 C60的化學(xué) ， 由于已突破了許多常規(guī)化學(xué)和物理學(xué)的邊緣 ， 其意義覆蓋了許多領(lǐng)域 。 這里 ， 我們介紹富勒烯 C60以及富勒烯衍生物 MnC60固體的結(jié)構(gòu)化學(xué) 。采取正確的純化方法，通過升華逸出溶劑分子，可以得到純的 C60晶體。室溫下，熱能可使得這些分子在其晶格位置自由旋轉(zhuǎn)，因此這樣的分子可看作是球形的。由粉末衍射數(shù)據(jù)得到的晶格參數(shù) 知道，這些球之間的接觸距離為 ，而分子間的 van der Walls距離為 van der Walls距離稍小于石墨的相應(yīng)值。 圖 固體 C60的晶胞 圖 固體 C60的粉末 X射線衍射圖 C60的插層化合物 C60與鉀或其它堿金屬的蒸氣反應(yīng)形成化學(xué)計(jì)量式為 AxC60型的化合物，產(chǎn)物的化學(xué)計(jì)量決定于反應(yīng)物的參與量。其結(jié)構(gòu)中， C60分子占據(jù)晶胞頂點(diǎn)和體心位置，而鉀原子則填充在靠近面心的位置。其結(jié)構(gòu)的粉末 X射線衍射圖類似于母體 C60，見圖 。化學(xué)計(jì)量相 K3C60被觀察到，鉀原子填充在 C60密堆晶格中的全部四面體和全部八面體孔隙位置，其結(jié)構(gòu)如圖 。一個(gè)顆粒包含著無數(shù)的原子和分子，雖然隨著微粒變小，比表面積加大，由于表面效應(yīng)增大，物質(zhì)的性質(zhì)有所改善，但基本上還是顯示大量分子的宏觀性質(zhì)。到 20世紀(jì) 90年代，人們制備的納米材料已達(dá)百種以上。 90年代是納米科技正式誕生的年代。此后 ,有關(guān)納米科技的成果層出不窮。美國 IBM公司首席科學(xué)家阿姆斯特朗認(rèn)為 :“正像 70年代微電子技術(shù)產(chǎn)生了信息革命一樣，納米科學(xué)技術(shù)將成為下一個(gè)信息時(shí)代的核心”。毋庸置疑 ,納米科技是一項(xiàng)前景誘人的、跨世紀(jì)新型技術(shù) ,已引起許多國家政府和科學(xué)家們的重視。納米材料包括納米材料粉末、納米多空材料。 納米材料為何具有奇異的特性，一