雖然微波水熱合成儀具備加熱高效、反應可控的優(yōu)勢,但并非適用于所有物質(zhì)的合成,不適合的物質(zhì)主要集中在易引發(fā)安全風險、干擾微波場、無法穩(wěn)定參與水熱反應這三類,具體如下:第一類是易引發(fā)爆炸或劇烈反應的物質(zhì)。這類物質(zhì)在微波加熱的高溫高壓環(huán)境下,會因快速升溫、能量積聚而發(fā)生危險。首先是強氧化性物質(zhì),比如高錳酸鉀、重鉻酸鉀、高氯酸及其鹽類,這類物質(zhì)與有機物、還原劑混合時,微波加熱會加速氧化還原反應,極易引發(fā)燃燒或爆炸;其次是易燃易爆的有機物,包括低沸點的醇類(甲醇、乙醇)、醚類(乙醚)、烴類(石油醚),以及硝化棉、疊氮化物等,它們在密閉反應釜內(nèi)受熱后,蒸氣壓會急劇升高,超過釜體承壓極限就會發(fā)生爆炸;還有活潑金屬及相關化合物,比如鈉、鉀、鈣粉,以及氫化鋁鋰、硼氫化鈉等強還原劑,它們與水熱體系中的水接觸會劇烈反應,釋放氫氣,微波加熱會進一步加劇反應強度,引發(fā)危險。
第二類是強烈吸收或反射微波,干擾反應進程的物質(zhì)。微波加熱依賴物質(zhì)吸收微波能量轉化為熱能,若物質(zhì)對微波的作用異常,會導致加熱不均、設備損壞或反應失敗。一是高反射性的金屬單質(zhì)或粉末,比如金、銀、鉑、銅粉等,它們會反射微波,不僅無法被有效加熱,還會使微波能量集中在局部,產(chǎn)生 “微波打火” 現(xiàn)象,損壞儀器的微波發(fā)生系統(tǒng);二是部分含大量金屬離子的強磁性材料,這類材料會擾亂微波場的均勻性,導致反應體系溫度波動劇烈,無法實現(xiàn)精準控溫,同時強磁性物質(zhì)還可能被微波場誘導產(chǎn)生渦流,額外釋放熱量,破壞反應的可控性。
第三類是在水熱條件下無法穩(wěn)定存在,或難以形成目標產(chǎn)物的物質(zhì)。這類物質(zhì)的特性與水熱合成的環(huán)境不匹配,無法達到合成目的。首先是易水解且產(chǎn)物不穩(wěn)定的物質(zhì),比如部分鹵化硅、鹵化鈦等,它們在水熱體系中會快速水解,但水解產(chǎn)物(如硅酸、氫氧化鈦)會進一步發(fā)生無定形聚合,難以形成結晶態(tài)的目標產(chǎn)物,反而會生成大量無定型粉末;其次是對溫度極度敏感的生物活性物質(zhì),比如蛋白質(zhì)、酶制劑、活性多肽等,微波水熱的高溫高壓環(huán)境會破壞其空間結構,導致生物活性完全喪失,這類物質(zhì)更適合在常溫常壓或低溫微波條件下處理,而非水熱合成;另外,部分低熔點、易升華的物質(zhì),在水熱反應的溫度下會直接熔融或升華,無法參與固相或液相的結晶反應,難以形成具有特定晶型和形貌的產(chǎn)物。
此外,需要注意的是,即使是適用于微波水熱合成的物質(zhì),若反應體系的溶劑或原料配比不當,也可能引發(fā)危險,比如高濃度的強酸、強堿體系,在微波加熱下會加劇對反應釜的腐蝕,同時可能因局部過熱引發(fā)副反應。