介孔二氧化硅纳米粒子的制备研究
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使用阴离子型表面活性剂合成高表面积的介孔二氧化硅粉末Sang-wook Ui, In-seok Choi, and Sung-churl ChoiDivision of Materials Science & Engineering, College of Engineering, Hanyang University,17 Haengdang-dong, Seongdong-ku,Seoul 133-791, Republic of KoreaCorrespondence should be addressed to Sung-churl Choi; choi0505@hanyang.ac.krReceived 5 November 2013; Accepted 11 December 2013; Published 5 February 2014Academic Editors: J. L. C. Fonseca and Y . YueCopyright ? 2014 Sang-wook Ui et al. This is an open access article distributed under the Creative Commons Attribution License,which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.在过去的几年中,人们提出了许多不同的用来合成介孔二氧化硅粉末的方法。
这些方法包括:降水和微乳液法,共沉淀法,化学过程和工艺技术。
本论文应用溶液-凝胶法来合成介孔二氧化硅粉末。
溶液-凝胶法可以合成高纯度的二氧化硅粉末;但是在生产过程中得到的最终粉末产量很低。
过去合成二氧化硅粉末的前体材料是非常昂贵的,本研究的目的就是找到一种低成本的合成方法。
⾦属材料封装的介孔⼆氧化硅(SiO2)纳⽶颗粒尽管它们具有优异的形态学特性和有吸引⼒的物化性质,介孔⼆氧化硅纳⽶颗粒(MSNs)因为某种原因,仅仅被⽤作载体或容器。
在介孔⼆氧化硅纳⽶颗粒的束缚纳⽶空隙中引⼊各种⾦属物质,极⼤地丰富了他们的介孔结构和多样功能化特点,给这个新兴的领域研究带来了令⼈兴奋的潜⼒。
这些可结合的客体物质为介孔⼆氧化硅纳⽶颗粒主体提供了巨⼤的好处,包括降低最终尺⼨,增强他们性能及稳定性及其他好处。
基本上,客体物质通过降低聚集性,增强耐⽤性,易于长期储存,降低毒性,在⽣物医学的诸多领域中都特别令⼈关注。
在⾦属束缚空隙纳⽶颗粒制备的最新进展和突破,强调其优势和劣势,多种⾦属物质在介孔⼆氧化硅纳⽶颗粒的纳⽶空隙中的束缚效应,和影响介孔⼆氧化硅纳⽶颗粒中⾦属物质包裹的多种因素。
此外,强调了⾦属包裹的介孔⼆氧化硅纳⽶颗粒在包括吸附、催化、发光和⽣物医药等⽅⾯及其实例上的潜在应⽤。
为了丰富MSN的介孔结构和功能,许多⾦属物质被引⼊MSN的纳⽶空隙,由于其适应性的物化性质和电学性能,在诸多应⽤中吸引关注。
这些来⾃于合成技术进步的⾦属包裹MSN能够控制了他们的组成、尺⼨和形状。
此外,在介孔材料中⾦属的许多结合已经被包封,包括双⾦属系统、⾦属固定核(⾦属)介孔⼆氧化硅⽚系统/⾦属修饰MSN及其他的,例如碱⾦属离⼦修饰MSN。
这些杂化材料已经得到了在吸收、催化、药物输送、⽣物成像、发光、⽣物识别、⽓体识别和放射⾦属吸收等多个领域的潜在关注。
催化领域:存在于MSN 的活性位点中的这些制备⾦属物质,由于其良好的磁性、催化性能、光学性能和电学性能,促进了表现效率增强,在MSN的选择性、回收性能、寿命和重复利⽤能⼒。
结合的客体物质对介孔框架提供了⼤量好处,如裁断MSN的尺⼨、增强如稳定性的性能。
这些创新的M-MSN纳⽶结合体在预期应⽤⽅⾯提供了独特的优势。
⽣物学:MSN中的这些浸渍的⾦属物质有益于提升药物搭载效率,实现在特定位点上的⼤量触发释放。
介孔二氧化硅与纳米二氧化硅解释说明1. 引言1.1 概述介孔二氧化硅和纳米二氧化硅都是在纳米尺度下具有特殊结构和性质的材料。
介孔二氧化硅具有大量的孔道结构,而纳米二氧化硅则具有极小的粒径。
这两种材料在各自的领域中具有广泛应用,并且在材料科学和纳米技术领域引起了越来越多的关注。
1.2 文章结构本文将分为五个主要部分进行论述,每个部分将对不同方面涉及到的内容进行详细阐述。
首先,我们将概述介孔二氧化硅和纳米二氧化硅的定义和特点,以帮助读者更好地了解这两种材料。
然后,我们将探讨介孔二氧化硅和纳米二氧化硅的制备方法,并介绍它们在不同领域中的应用。
接下来,我们将比较介孔二氧化硅与纳米二氧化硅在物理性质、制备方法以及应用前景上的差异。
最后,在结论部分我们将总结介孔二氧化硅和纳米二氧化硅各自的优势和应用价值,并对它们的优缺点进行比较并给出未来的展望。
1.3 目的本文的目的是全面介绍介孔二氧化硅和纳米二氧化硅以及它们之间的差异。
我们旨在帮助读者更好地理解这两种材料的定义、特点、制备方法和应用领域,并提供一个对它们进行比较和评估的框架。
通过深入了解这些材料,读者将能够更好地应用它们于相关领域,并为未来的研究提供启示。
2. 介孔二氧化硅2.1 定义和特点介孔二氧化硅是一种具有高特殊表面积和可调控孔径的无机材料。
其特点主要体现在以下几个方面:- 高比表面积:介孔二氧化硅具有较大的比表面积,可以提供更多的活性表面,使其在吸附、催化和药物释放等领域具有潜在应用价值。
- 可调控孔径:通过不同的制备方法和条件,可以调节介孔二氧化硅材料中微米级别的孔道大小,从而实现对其性能的精确调控。
- 多功能性:介孔二氧化硅具有良好的生物相容性和可降解性,在医药领域中可以作为载体来实现药物控释和靶向传递。
2.2 制备方法目前,制备介孔二氧化硅的方法主要包括模板法、溶胶-凝胶法、反相微乳液法等。
其中,最常用的是模板法。
模板法使用有机或无机物作为模板,在模板表面生成相应孔道,并通过去除模板来得到所需的介孔结构。
stober synthesis method什么是Stober合成方法(What is the Stober synthesis method)Stober合成方法是一种常用的制备介孔二氧化硅(SiO2)纳米颗粒的化学方法。
它以溶胶-凝胶反应的原理为基础,通过控制合成条件,可以得到具有不同形貌和尺寸的SiO2纳米颗粒。
Stober合成方法可以灵活地调控SiO2纳米颗粒的粒径和孔结构,因此被广泛应用于许多领域,如催化剂、纳米材料、生物医学和传感器等。
Stober合成方法的原理(The principles behind the Stober synthesis method)Stober合成方法的核心原理是溶胶-凝胶反应。
首先,通过在溶剂中溶解硅醇,形成含有硅醇的溶胶。
然后,通过加入碱液催化剂,将硅醇转化为硅酸酯,同时释放出水。
这个过程被称为水解缩聚反应。
溶胶中的硅酸酯随后会聚合形成胶体颗粒,最终生成二氧化硅凝胶。
在Stober合成中,调控SiO2纳米颗粒的尺寸主要通过控制水解缩聚反应的速率实现。
通过调节反应的温度、pH值和反应时间等参数,可以改变反应速率,从而控制SiO2纳米颗粒的尺寸。
较低的反应温度和较高的碱液浓度通常会导致小颗粒的形成,而较高的反应温度和较低的碱液浓度则会产生较大的颗粒。
Stober合成方法的步骤(The steps involved in the Stober synthesis method)1. 溶液制备:将适量的硅醇(如四乙氧基硅烷)加入到一个有机溶剂中,如乙醇或甲醇。
在搅拌的同时,缓慢滴加一定量的碱液(如氨水或氢氧化钠)催化剂。
2. 反应进行:在恒定的温度下,保持搅拌继续反应一定时间。
在这个过程中,硅醇发生水解缩聚反应,形成硅酸酯,并产生水。
3. 结晶:通过逐渐降低反应温度,使得溶胶中的硅酸酯缓慢聚合,生成胶体颗粒。
细小的胶体颗粒可通过旋转蒸发、过滤或离心等方法进行分离和收集。
氨基改性介孔二氧化硅的制备及其吸附性能研究
氨基改性介孔二氧化硅(Aerogels Modified by Amines)是一种吸附行为活跃的多晶硅材料,由低比表面积硅框架和多种改性表面单体组成,具有轻质、高绝热性、大的比表面积、表面羟基性等优异性能,在环境科学领域拥有广泛的应用潜力。
本文主要研究了以氨基酸和砜为改性剂,合成氨基改性介孔二氧化硅(Aerogels Modified by Amines)的制备方法及其吸附性能。
首先,通过加入氨基酸和砜,在合成气凝胶液中形成氨基改性剂基团,以获得氨基改性二氧化硅,随后,在条件下对其进行壳固化反应,使氟化钙微晶重新以溶体的形式释放,表面活性剂的自由缓冲空间因表面上的反应减少,最终得到氨基改性介孔二氧化硅。
然后,以铵态铁离子为模型考察该材料的吸附性能,结果表明,该材料的最大吸附量约为94.01 mg/g,当pH值从3.0升至9.0时,氨基改性介孔二氧化硅的吸附量基本不发生变化,表明其有较高的稳定性。
实验证明,氨基改性介孔二氧化硅具有较好的吸附性能,较硅胶强烈吸附力和大的化学耐久性。
本研究结果表明,氨基改性介孔二氧化硅具有较好的吸附性能,为进一步的研究和应用提供了一种新型的有机-无机复合材料。
粒径可控纳米二氧化硅微球的制备采用改进的Stober法,以正硅酸乙酯(TEOS)为硅源,乙醇为溶剂,氨水为催化剂制备出单分散性好、粒径大小可控的纳米二氧化硅颗粒,并通过单一因素法研究了搅拌速度、正硅酸乙酯、氨水及水的用量对颗粒粒径的影响。
利用扫描电镜(SEM)对微球的粒径和形貌进行了表征。
结果表明,随着搅拌速度、TEOS及氨水的用量增加,生成的SiO2微球粒径逐渐增大,随着二次水用量的增大微球粒径呈先增后减的趋势,并且在不加水或者氨水的用量小于2.5 mL时,生成的二氧化硅微球单分散性较差。
标签:二氧化硅(SiO2);制备方法;Stober法;微球纳米SiO2因具有机械强度高、稳定性好、分散性好、比表面积大及光学性能良好等优点,在催化剂、涂料、塑料、橡胶、化妆品、半导体、胶体晶体[1~3]等行业有着广泛的应用和发展前景[4]。
其中,光子晶体因具有光学可调性和自表达特性而成为当今的研究热点之一,已被广泛应用于生物、医药等行业,而SiO2作为制备光子晶体的最佳材料之一受到人们的广泛关注[5]。
Asher[6]和Zhang[7]等人曾分别用单分散的SiO2通过组装制备出颜色鲜亮的三维光子晶体及将SiO2改性之后注射成单层的二维光子晶体用于制备生物传感器。
因此,制备出粒径可调、单分散特性的高质量SiO2微球成为研究的关键。
在SiO2微球的制备方法中,以Stober法[8]为基础的制备方法因工艺简单、成本低而受到人们的青睐。
本文采用Stober法,以无水乙醇为溶剂,考查了搅拌速度、TEOS、氨水及二次水用量等条件对SiO2微球粒径的影响,研究和探讨了在不同反应条件下的反应机理。
1 实验部分1.1 试剂及仪器JSM-6460型扫描电镜,日本电子株式会社;UV-3200S型紫外可见分光光度计,上海美普达仪器有限公司;KQ-250DE型超声清洗仪,昆山市超声仪器有限公司;800型离心机,上海手术器械厂;及一般的实验室仪器。
介孔二氧化硅微球1. 介孔二氧化硅微球的概述介孔二氧化硅微球是一种具有特殊结构和性质的纳米材料,具有高度有序排列的孔道结构和较大的比表面积。
它是通过控制合成条件和添加适当的表面活性剂来制备的,常见的合成方法包括溶胶-凝胶法、水热法和微乳液法等。
2. 介孔二氧化硅微球的结构特点介孔二氧化硅微球具有如下特点:•有序排列的孔道结构:介孔二氧化硅微球具有高度有序排列的孔道结构,孔径一般在2-50纳米之间。
这种有序孔道结构使其具有较大的比表面积和良好的吸附性能。
•较大的比表面积:介孔二氧化硅微球的比表面积一般在200-1000平方米/克之间,这使其具有很高的催化活性和吸附能力。
•可控的孔径和壁厚:通过调节合成条件和表面活性剂的类型和浓度,可以实现对介孔二氧化硅微球孔径和壁厚的精确控制。
•可调控的表面性质:通过表面修饰或功能化处理,可以改变介孔二氧化硅微球的表面性质,从而实现对其吸附、分离和催化等性能的调控。
3. 介孔二氧化硅微球的应用领域由于其特殊的结构和性质,介孔二氧化硅微球在各个领域都有广泛的应用,主要包括:3.1 药物传递系统介孔二氧化硅微球具有大量的孔道结构和较大的比表面积,可以作为药物的载体,在药物传递系统中起到控释、保护和靶向输送的作用。
通过对其孔道结构和表面性质的调控,可以实现药物的高效加载和释放,并减少药物的毒副作用。
3.2 催化剂介孔二氧化硅微球由于其高比表面积和可调控的孔道结构,被广泛应用于催化领域。
它可以作为载体固定催化剂,提供良好的负载效果,同时通过孔道结构的调控可以实现催化反应的高效进行。
3.3 吸附材料介孔二氧化硅微球由于其较大的比表面积和可调控的孔道结构,可以作为吸附材料应用于废水处理、气体分离和固体萃取等领域。
它可以高效地吸附和去除废水中的有害物质,并具有较好的再生性能。
3.4 光学材料由于介孔二氧化硅微球具有高度有序排列的孔道结构和可调控的光学性质,它在光学材料领域有广泛的应用。
介孔二氧化硅的合成与表征介孔二氧化硅的合成与表征摘要:采用溶胶凝胶法,在酸性条件下用na2sio3作为硅源,在碱性条件下用teos作为硅源,合成了介孔二氧化硅。
小角x衍射表明在酸性条件下,十六烷基三甲基溴化铵(ctab)的浓度为0.01mol/l,na2sio3的浓度为0.1mol/l时,合成二氧化硅的介孔结构明显。
碱性条件下,teos浓度为5%~10%(体积比)时,得到明显介孔结构的二氧化硅。
关键词:介孔二氧化硅硅酸钠正硅酸乙酯一、前言无机多孔材料,因为具有较大的比表面积和吸附容量,而被广泛应用于催化剂和吸附载体中。
按照孔径大小,多孔材料可分为:微孔(microporous)、介孔(mesoporous)和大孔(macroporous)材料。
无机微孔材料孔径一般50nm,包括多孔陶瓷、水泥、气凝胶等,其特点是孔径尺寸大,但分布范围宽。
介于二者之间的称为介孔(中孔)材料,其孔径在2~50nm范围,如一些气凝胶、微晶玻璃等,它们具有比微孔材料大得多的孔径,但这类材料同样存在孔道形状不规则、尺寸分布范围广等缺点。
1992年,kresge,etal首次在nature杂志上报道了一类以硅铝酸盐为基的新颖的介孔氧化硅材料m41s,[1、2]其中以命名为mcm-41的材料最引人注目。
其特点是孔道大小均匀、六方有序排列、孔径在1.5一l0nm范围可以连续调节,具有高的比表面积和较好的热稳定及水热稳定性,从而将分子筛的规则孔径从微孔范围拓展到介孔领域。
这对于在沸石分子筛中难以完成的大分子催化、吸附与分离等过程,无疑展示了广阔的应用前景。
同时,由于介孔氧化硅材料所具有的规则可调节的纳米级孔道结构,可以作为纳米粒子的“微型反应器”,从而为人们从微观角度研究纳米材料的小尺寸效应、表面效应及量子效应等奇特性能提供了重要的物质基础。
这一发现突破了沸石分子筛材料孔径范围的限制,使得很多在沸石分子筛中难以完成的大体积分子的吸附、分离,尤其是催化反应的进行成为可能。
第46卷第4期2021年8月广州化学Guangzhou ChemistryV ol. 46 No. 4Aug. 2021文章编号:1009-220X(2021)04-0010-08 DOI:10.16560/ki.gzhx.20210414树枝状介孔二氧化硅的研究进展胡伟(上海理工大学,上海200093)摘要:介绍了树枝状介孔二氧化硅的三种合成方法,分别是微乳液合成、两相界面合成及球形胶束自组装合成法,为精确调节树枝状介孔二氧化硅的结构,探讨了不同方法可能的形成机理。
由于球形胶束自组装合成法的绿色经济,重点讨论了球形胶束自组装合成法的发展及形成机理。
介绍了树枝状介孔二氧化硅纳米材料在催化和生物医学方面的应用效果,并对树枝状介孔二氧化硅的合成方法和在催化、生物医学和能源领域的应用前景进行了展望。
关键词:树枝状介孔结构;二氧化硅;催化;生物医学中图分类号:O6-1 文献标识码:A树枝状介孔二氧化硅具有中心径向的三维介孔结构、可调大小的孔径、较大的比表面积、良好的生物相容性等特点。
同时材料表面丰富的硅羟基,有利于进一步的修饰和功能化[1]。
树枝状介孔二氧化硅的合成方法有三种,分别是微乳液合成、两相界面合成和球形胶束自组装法。
其中,球形胶束自组装法因其简易方便、绿色经济的特点而具有较大的应用前景。
树枝状的介孔结构使得树枝状介孔二氧化硅拥有广泛的应用前景,如催化领域的负载催化剂的载体材料[2-3]、生物领域的基因、蛋白质药物运输[4]、生物酶的固载和组织细胞成像[5]。
相较于传统的有序介孔二氧化硅材料,树枝状介孔二氧化硅拥有更高的孔渗透性、更大的孔径分布、更快的传质速率。
关于树枝状介孔二氧化硅的制备方法和综合应用的相关综述较少。
王亚斌等[6]做的树枝状纤维形二氧化硅纳米粒子的研究进展侧重于树枝状的结构特征。
而杜鑫等[7]做的树枝状多孔二氧化硅纳米粒子的制备及其在先进载体中的应用侧重于两相界面合成法及综合应用。
介孔二氧化硅原理介孔二氧化硅(mesoporous silica)是一种具有特殊孔隙结构的二氧化硅材料。
它的孔径通常在2到50纳米之间,具有较大的比表面积和高度有序的孔道结构。
介孔二氧化硅可以通过模板法、溶胶-凝胶法等方法制备而成。
介孔二氧化硅的原理在于其独特的孔道结构。
在制备过程中,模板分子被引入二氧化硅溶胶中,通过溶胶-凝胶法使其形成凝胶,并在凝胶中形成孔道结构。
然后,通过高温煅烧,将模板分子去除,留下具有特殊孔道结构的介孔二氧化硅。
介孔二氧化硅的孔道结构可以分为两种类型:一种是具有有序孔道结构的介孔二氧化硅,另一种是具有无序孔道结构的介孔二氧化硅。
有序孔道结构的介孔二氧化硅由连续的孔道排列组成,孔径大小均匀,分布规则;无序孔道结构的介孔二氧化硅由不连续的孔道排列组成,孔径大小不均匀,分布不规则。
介孔二氧化硅的孔道结构赋予其许多优异的性质和广泛的应用。
首先,介孔二氧化硅具有较大的比表面积,可以提供更多的活性表面,从而增强其吸附能力和催化活性。
其次,介孔二氧化硅的孔径大小可以调控,可以用于分子筛选、分离纯化和储存等方面。
此外,介孔二氧化硅还具有良好的生物相容性和可降解性,可用于药物传递、生物传感和组织工程等领域。
在药物传递方面,介孔二氧化硅可以作为药物载体,将药物吸附在其孔道内,并通过控制孔径大小和表面性质来调控药物的释放行为。
这种载体可以提高药物的稳定性和生物利用度,并减轻药物的毒副作用。
另外,介孔二氧化硅的孔道结构还可以用于催化反应。
通过调控孔径大小和表面性质,可以增强催化剂的活性和选择性,提高反应效率。
除了药物传递和催化应用外,介孔二氧化硅还可以用于气体吸附、储能材料、光学传感器等领域。
例如,在气体吸附方面,介孔二氧化硅具有较大的比表面积和调控的孔径大小,可以吸附和储存气体分子,如氢气、甲烷等。
在光学传感器方面,介孔二氧化硅的孔道结构可以通过控制孔径大小和表面性质来调控其光学性能,用于检测环境中的光学信号。
介孔二氧化硅制备中粒径和孔径控制研究周黄歆;梁振华;彭桂花;焦杭州【摘要】Mesoporous silica nanoparticles with controlled particle sizes and pore diameters were obtained by fine tuning the synthesis parameters.Experimental results showed that mesoporous silica particles with smaller particle size could be obtained at higher reaction temperature and concentration of NaOH. In addition,the pore diameter of mesoporous silica could be expanded by adding of TMB into the reac-tion solution.%以正硅酸乙酯为硅源,十六烷基三甲基溴化铵作为表面活性剂,研究反应条件如氢氧化钠浓度、反应温度等对介孔二氧化硅颗粒大小和孔径的影响。
实验结果表明,在一定范围内,升高反应温度和增加氢氧化钠浓度均使介孔二氧化硅粒径减小,通过添加一定量的三甲苯可以有效增加介孔二氧化硅的孔径。
【期刊名称】《广西师范大学学报(自然科学版)》【年(卷),期】2014(000)003【总页数】5页(P74-78)【关键词】介孔二氧化硅;粒径可控;孔径;正硅酸乙酯;三甲苯【作者】周黄歆;梁振华;彭桂花;焦杭州【作者单位】广西师范大学化学与药学学院,广西桂林 541004; 广西师范大学药用资源化学与药物分子工程教育部重点实验室,广西桂林 541004;广西师范大学化学与药学学院,广西桂林 541004; 广西师范大学药用资源化学与药物分子工程教育部重点实验室,广西桂林 541004;广西师范大学化学与药学学院,广西桂林 541004; 广西师范大学药用资源化学与药物分子工程教育部重点实验室,广西桂林 541004;广西师范大学化学与药学学院,广西桂林 541004; 广西师范大学药用资源化学与药物分子工程教育部重点实验室,广西桂林 541004【正文语种】中文【中图分类】O611.41992年美国Mobil Oil Research and Development公司首次宣布成功合成了M41S系列硅基介孔材料,即一种孔径在1~10 nm连续可调、孔道排列高度有序的新型有序介孔材料[1-2],随后介孔材料受到了极大的关注并迅速发展为研究热点[3-8]。
各向异性生长诱导合成双室Janus介孔二氧化硅纳米颗粒赵东元近年来,随着不同尺度和形貌的单一组分纳米材料合成技术的日益成熟,可控合成单分散的具有多种组分的纳米复合材料逐渐引起人们的关注。
多组分纳米复合材料最大的吸引力在于它能够实现单一组分所不能实现的功能和性质。
除了传统的对称复合方式,如核@壳(Core-Shell)、蛋黄@壳(Yolk-Shell)、合金等,非对称结构纳米复合材料具有形貌、组成、表面性质等不对称性的特点,在多重表面修饰、多客体分子输运等许多方面都具有潜在的应用价值。
目前,已有的合成不对称复合纳米材料的途径主要包括表面选择性修饰、界面组装、微流控等。
报道的非对称复合纳米材料主要集中在无机纳米晶、高分子、实心SiO2等。
而关于具有高比表面、非对称存储空间、表面性质、功能等非对称介孔材料的报道及合成手段非常有限,因此也限制了非对称纳米复合材料在客体分子(尤其是多客体分子)可控输运和释放方面的应用。
复旦大学的赵东元院士和张凡教授研究团队在前期提出的立方介孔孔道各向异性生长的基础上(J.Am.Chem.Soc.,2014,136,15086;J.Am.Chem.Soc.,2015,137,5903),在其最新研究成果中进一步拓展了二维六方介孔孔道的各向异性生长。
在该工作中,他们提出了一种“降解-重组”诱导介孔各向异性生长的方法,通过以SiO2纳米颗粒(或包覆SiO2的无机纳米晶核-壳结构)为种子、有机硅烷为前驱体、十六烷基三甲基溴化铵为结构导向剂,制备了均匀的一维不对称二元介孔硅纳米复合材料。
在该反应中,SiO2种子通过先部分降解、后重组的方法在硅基纳米颗粒种子上可控地生长一维的介孔硅纳米棒(二维六方孔道),结合以往发展的立方孔道介孔各向异性生长,可以进一步可控合成Cube&Sphere&Rod三元不对称结构。
在三元不对称结构中,每一个单元的组成、化学性质都可以通过改变骨架中的有机基团进行调控。
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介孔二氧化硅纳米粒子的制备研究
作者:李娟 秦兴章
来源:《科技创新导报》2012年第36期
摘 要:介孔材料由于其具有较大的比表面积和吸附容量,因此在吸附、分离、催化等领
域都具有广泛的应用。该文采用十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为模版,溶胶凝胶法合成了
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介孔二氧化硅纳米粒子,通过透射电镜(TEM)和低温氮吸附等表征方法对合成介孔二氧化硅
的结构和性能进行了分析,讨论了不同四甲氧基硅烷(TMOS)、CTAB量对介孔二氧化硅纳
米粒子的粒径、比表面积及孔径的影响。
关键词:介孔 二氧化硅 溶胶凝胶法
中图分类号:TQ01 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)12(c)-00-02
介孔材料是多孔材料中的重要组成部分,由于具有较大的比表面积和吸附容量,因此在吸
附、分离、催化等领域都具有广泛的应用。根据微观结构的区别,介孔二氧化硅可分为两大类
型:一类则是以二氧化硅干凝胶和气凝胶为代表的无序介孔固体,其中介孔的形状不规则但是
相互连通。孔形常用墨水瓶形状来近似描述,细颈处相当于不同孔之间的通道。另一类是
Back等人[1-2] 于1992年首次报道的M41S(MCM-41,MCM-48,MCM-50)系列的介孔二氧
化硅,其结构特点是孔径大小均匀,按六方有序排列,在不同制备条件下,孔径在1.5~10 nm
范围内可连续调节。孔形可分三类:定向排列的柱形孔;平行排列的层状孔;三维规则排列的
多面体孔。这种合成方法可以得到均一的多孔结构,引起了在多相催化、吸附分离以及高等无
机材料等学科领域研究人员的浓厚兴
趣 [3-6]。介孔材料在种类及应用上都得到了蓬勃的发展。
目前合成介孔材料主要采用水热合成法、室温合成、微波合成、湿胶合成法以及相转移法
等。介孔材料的合成涉及到诸多的影响因素。比如说,一种模板剂可以合成出多种介孔材料,
这就显示了合成过程中胶凝条件所起的重要作用:OH-浓度、投料比、各种原料的溶解度、凝
胶老化时间、晶化时间、晶化温度、升温速度以及搅拌速度等都可能成为影响合成结果的因
素。而有的合成方法是利用几种模板剂合成出同一种介孔材料。对于这种情况,模板剂相当于
体积填充物,对分子筛结构的形成并无至关重要的贡献。
溶胶-凝胶法就是将金属醇盐溶解在有机溶剂中,通过水解聚合反应形成均匀的溶胶
(Sol),进一步反应并失去大部分有机溶剂化成凝胶(Gel),再通过后处理,制备成所需材
料的化学方法。Stober等人[7]发现用氨水作为硅烷(如四甲氧基硅烷,TEOS)水解反应的催
化剂可以控制SiO2粒子的形状和粒径,制备出了粒径较为单一且分散性良好的,直径在50
nm到2 μm的SiO2纳米粒子。SiO2的粒径易受反应物的影响,如水和氨水的浓度、硅酸酯的
类型(正硅酸四甲酯、正硅酸四乙酯、正硅酸四丙酯等)、不同的醇(甲醇、乙醇、丙醇、戊
醇等)、催化剂的种类(酸或碱)及不同的温度等,对这些影响因素的调控,可以获得各类结
构的纳米SiO2[8-9]。
1 实验部分
1.1 实验仪器及试剂
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实验仪器:250 mL圆底三颈烧瓶,机械搅拌装置,250 mL量筒,1 mL移液管,恒温水浴
锅,透射电镜(TEM)(Tecnai 12,荷兰Philips公司),扫描电镜(SEM)(S-4800,日
本,电压15 kV)
试剂:十六烷基三甲基溴化铵(C19H42BrN,CTAB,A.R.,江苏永华精细化工品有限公
司),四甲氧基硅烷(C4H12O4Si,TEOS,A.R.,阿拉丁化学试剂有限公司),氢氧化钠
(NaOH,A.R.,国药集团化学试剂有限公司),其它试剂均为分析纯并用去离子水配制。
1.2 实验步骤
介孔二氧化硅纳米粒子的合成参考Lai等人的文献[10]:取一定量的CTAB溶于96 mL去
离子水,并加入到三颈烧瓶中,再将0.70 mL 2.00 M NaOH水溶液加入并充分混合均匀,将烧
瓶放入水浴锅中加热,温度稳定到80 ℃后,将一定量的TEOS逐滴加入烧瓶中,反应在搅拌
进行
2 h,体系冷却后过滤得到白色固体,将产物置于在550 ℃的烘箱中煅烧5 h,即可得到介
孔二氧化硅纳米粒子。
2 结果与讨论
我们通过上述方法制备得到介孔二氧化硅纳米粒子,会随着CTAB和TEOS的加入量不同
而得到不同孔径、不同粒径的产物。当称取的CTAB分别为0.10 g、0.20 g和0.25 g,而固定
TEOS为1mL时,分别得到不同的介孔二氧化硅纳米粒子,分别用透射电镜表征如图1所示。
用低温氮吸附法测定介孔二氧化硅纳米粒子的比表面积、平均孔径和孔容,具体数据见表1
所示。
从以上的实验数据可以看出,CTAB量的改变几乎不影响介孔二氧化硅纳米粒子的粒径,
但是介孔二氧化硅纳米粒子的比表面积会随着CTAB量的增加而增加,相对来说,当CTAB
的加入量为0.20 g时,介孔二氧化硅纳米粒子的粒径更均一,平均孔径较小。
另外,我们还讨论了加入不同TEOS量对介孔二氧化硅纳米粒子粒径的影响。固定CTAB
为0.20 g,分别向反应体系中加入TEOS为0.5 mL、1 mL和1.5 mL,得到不同粒径的介孔二
氧化硅纳米粒子,分别用透射电镜表征如图2所示。用低温氮吸附法测定介孔二氧化硅纳米粒
子的比表面积、平均孔径和孔容。具体数据见表2
所示。
由以上两组数据可以看出,随着TEOS量的增加,介孔二氧化硅纳米粒子的粒径成增大趋
势,而比表面积成下降
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趋势。
3 结语
该文采用CTAB为模版,溶胶凝胶法合成了介孔二氧化硅纳米粒子,制备得到的产物粒径
分布较均匀。通过透射电镜和低温氮吸附等表征方法对合成介孔二氧化硅粒子的结构和性能进
行了分析,发现CTAB量的改变几乎不影响介孔二氧化硅纳米粒子的粒径,但是介孔二氧化硅
纳米粒子的比表面积会随着CTAB量的增加而增加;而随着TEOS量的增加,介孔二氧化硅纳
米粒子的粒径成增大趋势,而比表面积成下降趋势。
参考文献
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