魏道清

（河南工业和信息化职业学院，河南 焦作 454000）

金属合金材料制备的整个流程中，无论是开始的单体制备，还是单体之间进行聚合反应形成金属聚合物等每一个步骤之中，均存在十分复杂的化学反应（尤其是有机化学变化），并且在该过程中应用到了许多先进的技术[1]。因此，有学者说有机化学的发展是金属合成材料技术进步的动力，需要加大探索有机化学在金属合成材料应用进的力度，保障合成材料能够更好地服务于全社会[2]。

1 有机化学与金属合成材料简介

1.1 有机化学

有机化学作为化学研究中与实际生活生产最为接近的一个分支，主要研究碳化合物的组成、制备使用、降解等。在有机合成方面，从仿制自然界曾经出现过的有机物如[3]：尿素、有机酸、磺胺类化合物、胰岛素等的合成制备，因此，有机化学创造出自然界从未出现过的有机化合物。在有机化学中常见的反应按照反应机理进行分类，可分为四大类：①离子反应（亲核反应和亲电反应）②自由基反应（又称游离基反应均裂反应）③协同反应（反应过程主要是化学键的断裂与重新生成）④金属有机反应（主要研究含有M-C键即金属-化合物键的物质）。有机化学反应机理主要是官能团之间的对其支链集团的争夺。有机高分子材料的制备是通过有机化学反应制成有机小分子材料，然后通过聚合反应链接成千上万的小分子，进而形成高分子合成材料[4]。

1.2 金属合成材料

金属有机合成材料（MOFs）是一种大概20世纪初开始兴起的、并且发展迅猛的一类新型纳米级材料。由于其独特的性质和极其出色的理化性质，MOFs已经被广泛应用于各行各业。另一方面金属有机金属合成材料在分析和分离方面也有广泛的应用，因此，磁性金属合成材料在环境保护以及分析检测等方面有着重要的研究意义，研究前景十分良好[5]。MOFs材料是多种学科结合产生的一种新型纳米级材料，其是在沸石和碳纳米管出现之后的又一种新型优越材料，它的研究结合了结构化学以及材料化学等学科，该领域是目前的热点研究之一，其发展前景良好[6]。MOFs材料是由含O、N等有机配体与过渡金属离子自动结合而形成的配位体。其实早在几十年前，很多学者就开始投入对金属合成材料的研究，而且最早的金属有机合成材料也被成功的合成出来，但是由于当时金属合成的材料还有很多问题，导致化学性质不稳定，从而导致其很难储存，而且在进行试验时，存在安全风险。除此之外，当时合成的材料，它的孔隙率也非常低，比表面积也不是很大，更达不到纳米级，导致应用价值不大。因此，需要合成新型的金属材料，以此克服这些问题[7]。

2 有机化学在金属合成材料中的应用

2.1 有机化学在金属合成材料单体中的特点

这是近些年新兴的吸附材料，当然它的作用不止吸附，还有储备气体，做光学材料等等，本文阐述改材料的吸附性。金属材料有的尺寸很小，甚至达到纳米级，而且本身又具有很多的孔隙，这是其具有良好吸附性的主要原因。本文认为，其好比一个体积为1的正方体，其表面积为6，将它分为八个等大的正方体，每个的边长也就是0.5，它的体积虽然还是1，但是表面积却变成了12，由此可以推论出把它的体积变得越小，其整体的表面积之和越大，进而比表面积更大，并且其具有良好的孔隙率，这些因素决定了其是一种良好的吸附剂。

现在纳米级金属有材料已经成为了当前的研究热点之一，越来越多种类的金属有机骨架材料被制备出，它的吸附性也越来越好，本文实验所制备的也是一种纳米级磁性金属合成材料来完成。

2.2 有机化学在金属材料改性方面的应用

当前，在有机金属合金领域的研究关于单体方面的研究已经渐入瓶颈，现在越来越把研究重心转向对有机金属合金材料的改性方面。

通过相应的物理方法或者化学方法使得有机金属合金材料的原有性能发生极大的变化，该方法被称为有机金属合金材料的改性，显然有机金属合金材料改性可分为物理改性和化学反应。

常见的物理改性如上文提到的聚乙烯掺入聚丙烯的共聚-共混法，以此提高聚丙烯材料的抗冲击强度。在实际生产中化学改性较为常见，一般通过有机化学反应（如共聚反应、交联反应）改变有机金属合金材料的主链结构或者是空间立体结构，实现金属合金材料性质的变化。

纤维素的基本组成部分为葡萄糖，每个单体葡萄糖的组成中有三个烃基，这三个烃基极为活跃，参与很多葡萄糖反应。

因此，在对纤维素进行改性的时候，针对烃基进行研究。对烃基进行各种有机化学反应的基团反应是纤维素改性的重点研究方向。例如，通过对烃基进行硝化得到在军用和民用两大领域军应用广泛的硝化纤维，其可用于生产乒乓球、胶片和军用炸药等等。改性纤维素的应用范围十分广泛，并且在环保领域得到越来越多的关注，同时，其逐渐延伸到更高附加值的药品制备领域。相信在有机化学的助力下，改性纤维素的发展前景越来越得到重视。

2.3 有机化学在金属合成材料合成技术方面的应用

2.3.1 自由基

自由基在合成金属合成材料领域被广泛应用，主要用于各种烯类物质的聚合反应[8]。由自由基聚合反应得到的金属合成材料大都为线性化合物。例如，金属材料中的超滤膜制备必须使用自由基聚合方法进行制备。活性/可控自由基聚合是目前较为前沿的自由基聚合研究领域。

在自由基聚合反应中如何控制链引发、链增长、链终止和链转移四个基元反应的反应过程是有机化学研究的重点，目前活性/可控自由基聚合技术已经在一定程度上对链引发和链终止环节进行控制，在这个过程中必须保持对反应液的活性进行控制，但活性/可控自由基聚合技术仅对简单地高分子化合物进行制备。

同时，适当加入一些合适的引发剂，提高反应效果，因此，对于引发剂的选择有一定的要求。引发剂在金属元素聚合过程中不仅要起到催化的作用，也要分解产生自由基以保证反应液的活性。

2.3.2 聚合反应

聚合反应是由一种或者几种单体通过共价键互相连接，从而呈现出线形、分支形或其他特殊空间结构的高分子化合物。聚合反应主要有单体的聚合反应和大分子的聚合反应，按照反应的具体形式可分为加聚反应和缩聚反应。缩聚反应中往往含有官能团，其主要通过官能团之间的缩水反应进行聚合，在这一过程中有一些其他小分子产生。

3 结语

有机金属合成材料的飞速发展，为我们的国民经济和社会发展提供了极大的支持。在机械领域，随着有机化学对金属合成材料的积极影响，其具有更高强度和更高寿命的金属合成材料已经逐步开始逐渐替代其他合成材料。同时，在环保领域，随着部分金属合成合成材料使用的弊端显现（含有污染物质类似于硫、在自然环境中极难降解等等）为金属合成材料地发展和应用带来挑战，因此，绿色环保、可降解和可重复利用的环保有机金属合成材料的研制迫在眉睫，该问题对有机化学的发展提出了更高的要求。相信日后有机化学在金属材料合成中，无论是对单体材料制备、高分子材料改性、自由基与聚合反应机理研究等均将为金属合成材料的进步提供更大助力。