介孔二氧化硅的合成與表征

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上介孔二氧化硅的合成與表征摘要：采用溶膠凝膠法，在酸性條件下用na2sio3作為硅源，在堿性條件下用teos作為硅源，合成了介孔二氧化硅。小角x衍射表明在酸性條件下，十六烷基三甲基溴化銨(ctab)的濃度為0.01mol/l，na2sio3的濃度為0.1mol/l時(shí)，合成二氧化硅的介孔結(jié)構(gòu)明顯。堿性條件下，teos濃度為5%10%(體積比)時(shí)，得到明顯介孔結(jié)構(gòu)的二氧化硅。關(guān)鍵詞：介孔二氧化硅 硅酸鈉 正硅酸乙酯一、前言無機(jī)多孔材料，因?yàn)榫哂休^大的比表面積和吸附容量，而被廣泛應(yīng)用于催化劑和吸附載體中。按照孔徑大小，多孔材料可分為：微孔(microporous)、介孔(me

2、soporous)和大孔(macroporous)材料。無機(jī)微孔材料孔徑一般50nm，包括多孔陶瓷、水泥、氣凝膠等，其特點(diǎn)是孔徑尺寸大，但分布范圍寬。介于二者之間的稱為介孔(中孔)材料，其孔徑在250nm范圍，如一些氣凝膠、微晶玻璃等，它們具有比微孔材料大得多的孔徑，但這類材料同樣存在孔道形狀不規(guī)則、尺寸分布范圍廣等缺點(diǎn)。1992年，kresge，etal首次在nature雜志上報(bào)道了一類以硅鋁酸鹽為基的新穎的介孔氧化硅材料m41s，1、2其中以命名為mcm-41的材料最引人注目。其特點(diǎn)是孔道大小均勻、六方有序排列、孔徑在1.5一l0nm范圍可以連續(xù)調(diào)節(jié)，具有高的比表面積和較好的熱穩(wěn)定及水熱穩(wěn)

3、定性，從而將分子篩的規(guī)則孔徑從微孔范圍拓展到介孔領(lǐng)域。這對(duì)于在沸石分子篩中難以完成的大分子催化、吸附與分離等過程，無疑展示了廣闊的應(yīng)用前景。同時(shí)，由于介孔氧化硅材料所具有的規(guī)則可調(diào)節(jié)的納米級(jí)孔道結(jié)構(gòu)，可以作為納米粒子的“微型反應(yīng)器”，從而為人們從微觀角度研究納米材料的小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)及量子效應(yīng)等奇特性能提供了重要的物質(zhì)基礎(chǔ)。這一發(fā)現(xiàn)突破了沸石分子篩材料孔徑范圍的限制，使得很多在沸石分子篩中難以完成的大體積分子的吸附、分離，尤其是催化反應(yīng)的進(jìn)行成為可能。同時(shí)，由于mcm-41材料的表面易于進(jìn)行化學(xué)改性，為制備具有特定性能的復(fù)合材料提供了可能，也為納米團(tuán)簇材料在母體材料中的組裝提供了方便。因此

4、，近年來，介孔材料科學(xué)己經(jīng)成為國際上跨化學(xué)、物理、材料等多學(xué)科的熱點(diǎn)前沿領(lǐng)域之一，成為分子篩科學(xué)發(fā)展的一個(gè)重要里程碑。介孔氧化硅材料的研究已成為國際上眾多領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。介孔材料在分子催化、納米反應(yīng)器、光電子、生物等領(lǐng)域的應(yīng)用前景及其展現(xiàn)出的優(yōu)異特性引起廣泛關(guān)注。3二、實(shí)驗(yàn)部分介孔氧化硅材料的合成需要表面活性劑、水、硅源、酸或堿等幾種物質(zhì)，如進(jìn)行摻雜或裝載等，則還需要其它物質(zhì)源。其合成的一般過程是首先將表面活性劑、酸或堿加入到水中組成混合溶液，然后向其中加人硅源或其它物質(zhì)源，反應(yīng)所得產(chǎn)物經(jīng)水熱處理或室溫陳化后，進(jìn)行洗滌、過濾等處理，最后經(jīng)鍛燒或化學(xué)處理除去有機(jī)物，得到介孔材料。2.1主要試

5、劑與儀器十六烷基三甲基溴化銨(ctab)，分析純，中國醫(yī)藥集團(tuán)上海化學(xué)試劑公司。正硅酸乙酯(teos)，分析純，汕頭市光華化學(xué)廠。氫氧化鈉、鹽酸、硅酸鈉均為分析純。小角x衍射儀，brukerd8-advance公司lowerangle-xd。2.2實(shí)驗(yàn)方法取一定量的ctab于250ml三口燒瓶中，加100ml蒸餾水，在60水浴上溶解，恒溫，邊攪拌邊加入hcl或naoh溶液，然后在攪拌下緩緩加入硅源，恒溫24h，室溫靜置7天，過濾，110干燥，得到白色粉末。再在550煅燒6h。取樣，研磨，在小角x衍射儀上測(cè)定小角范圍內(nèi)的衍射。423結(jié)果與討論酸性條件下介孔二氧化硅的合成酸性條件下，選擇na2si

6、o3作為硅源。固定模板劑ctab的濃度為0.01mol/l。該濃度約等于ctab臨界膠束濃度的10倍。分別調(diào)整na2sio3的濃度為0.1mol/l，0.2mol/l，0.5mol/l，hcl的濃度為0.01mol/l，0.1mol/l，1mol/l，進(jìn)行9次實(shí)驗(yàn)。其中只有hcl的濃度為0.1mol/l，na2sio3的濃度為0.1mol/l時(shí)，得到比較好的介孔二氧化硅。該條件下的產(chǎn)品的小角x衍射圖譜如圖1。堿性條件下介孔二氧化硅的合成堿性條件下，選取teos為硅源。同樣固定模板劑ctab的濃度為0.01mol/l。分別調(diào)整naoh的濃度為0.1mmol/l，1mmol/l，10mmol/l，

7、teos的加入量為5ml，10ml，20ml，進(jìn)行9次實(shí)驗(yàn)。得到當(dāng)ctab為0.01mol/l，naoh的濃度為1mmol/l，teos為510ml時(shí)，能夠得到較好介孔二氧化硅如圖2。naoh濃度為10mmol/l時(shí)沒有得到介孔二氧化硅。其它情況得到的介孔特征峰比較低。三、結(jié)論本工作采用溶膠凝膠結(jié)合成介孔二氧化硅，研究不同條件下介孔二氧化硅的合成，得出以下結(jié)論，在酸性條件下以硅酸鈉為硅源合成介孔二氧化硅時(shí)，物料比以及ph值控制要求比較嚴(yán)格，ctab的濃度為0.01mol/l，na2sio3的濃度為0.2mol/l，hcl濃度為0.1mol/l比較合適，得到介孔二氧化硅的孔徑為3.96nm。在堿

8、性條件下以teos為硅源合成介孔二氧化硅材料，關(guān)鍵是在控制ph值，naoh的濃度為1mmol/l比較合適，得到介孔二氧化硅的孔徑為4.10nm。四、發(fā)展方向無論從實(shí)際應(yīng)用（如膜的吸附、分離與催化、催化或色譜用載體小球以及新型生物功能材料的開發(fā)等）和學(xué)術(shù)研究（如生體礦化作用、仿生化學(xué)）等，通過軟化學(xué)途徑進(jìn)行定向設(shè)計(jì)和化學(xué)裁剪具有優(yōu)良性能的介孔納米結(jié)構(gòu)材料，是現(xiàn)代無機(jī)合成和制備化學(xué)中的前沿課題之一。因此，著重解決的問題有：發(fā)展新的研究?jī)?nèi)容，包括合成、表征及介孔納米結(jié)構(gòu)材料性質(zhì)的轉(zhuǎn)變，結(jié)合無機(jī)或有機(jī)功能材料復(fù)合、組裝與雜化的理論進(jìn)行研究。對(duì)介孔納米結(jié)構(gòu)材料合成機(jī)理的認(rèn)識(shí)仍是研究的熱點(diǎn)，同時(shí)隨著計(jì)算機(jī)模擬多孔材料形成過程的進(jìn)一步發(fā)展及現(xiàn)代表征技術(shù)手段的提高，將有助于從分子水平或微觀結(jié)構(gòu)上更好的理解有機(jī)表面活性劑-無機(jī)物骨架之間的相互作用。尋找新的模板分子，設(shè)計(jì)特殊的空間結(jié)構(gòu)，為介孔納米結(jié)構(gòu)材料的合成創(chuàng)造新的合成路線。通過對(duì)介孔納米結(jié)構(gòu)材料形貌的控制，制備出不同形狀，性質(zhì)各異的材料。大力開展介孔納米結(jié)構(gòu)材料在催化、有機(jī)高分子分離、電子器件、傳感器等方面的實(shí)際應(yīng)用。參考文獻(xiàn)：1kresgectleonowiczme，rothwjeta1najure1992359：7107122