1期　　　　　　　　　硅　酸　鹽　通　报　　　　　　　Vol. 27　No. 1

单分散纳米TEOS制备二氧化硅硅的制备与表征

(华南师范大学化学与环境学院

80～150nm的单分散纳米TEOS制备二氧化硅硅微球

,並且探讨了温度、氨水浓

TEOS浓度等因素对合成TEOS制备二氧化硅硅的影响利用

XRD、IR、SEM、TEM等手段对样品进行了表征。结果表

:水解温度的升高加速TEOS制備二氧化硅硅颗粒在溶液中的熟化引起团聚

;氨水浓度的增加使得成核速度增加

TEOS的量的增加也导致TEOS制备二氧化硅硅粒径稍有增加

SiO2是一种无毒、无味、无污染的非金属材料纳米

SiO2由于颗粒尺寸的微细化

SiO2纳米粒子具有许多独特的性能和广泛的应用前景

,如特殊光电特性、高磁阻现象、非线性电阻现

,高温下仍具有高强、高韧、稳定性好等奇异特性

,TEOS制备二氧化硅硅因其光学透明性、化学惰性、生物兼

,在现代新材料、组合納米材料中担当重要角色。许多科研工作者用单分

制备出了很多性能优良的新材料因此单分散纳米

SiO2微球的合成及其颗粒的大小控制

.主要從事稀土纳米材料发光的研究

:单分散纳米TEOS制备二氧化硅硅的制备与表征

SiO2微球的方法已有很多报道

Stober等提出了一种在醇介质中氨水解正硅酸乙酯

( TEOS)来合成单分散TEOS制备二氧化硅硅的方法以来

,单分散TEOS制备二氧化硅硅已成为研究最多的单分散体系之一。这不仅是

因为这一方法所得的颗粒單分散性好

,而且由于TEOS制备二氧化硅硅表面的硅羟基非常适合作为改性的桥

,使其功能化不断发展的改性技术为其日益扩展的应用领域提供叻新的机会。

TEOS,氨水的浓度以及反应温度的情况下

XRD、IR、SEM、TEM等手段对其进行表征

28% ,天津福晨化学试剂厂

25～28% ,天津大茂化学试剂厂

(H2O )用纯水装置制取。

300透射电镜测定,测试时样品溶解在无水乙醇中再超声进行电镜观察

SiO2的结构用丹东射线

X2射线粉末衍射仪测定

3°/m in的速度测定。用日本岛津

IR Prestige221型紅外光谱仪测定样品的红外光谱

4500～0cm -1测定颗粒的形貌和大小用

2. 3　TEOS制备二氧化硅硅纳米粒子的合成

在500mL三口烧瓶上安装搅拌器、回流冷凝管、

混合均匀,最后加入TEOS,在指定水解温度下水浴反应4h。经高速离心分离出

SiO2粉末本文探讨水解温度、氨水用量、

TEOS的用量等因素对

合成单分散纳米TEOS淛备二氧化硅硅结果的影响。

SiO2的粒径受反应物水、氨水的浓度、硅酸酯的类型、不同的醇、催化剂的种类及不同的温度的影响而

有所不同通过对这些影响因素的调控

,可以获得各类结构的纳米材料。在碱性环境下

,正硅酸乙酯水解形成羟基化的产物和相应的醇

酸与正硅酸乙酯の间发生缩合反应实际上第一步和第二步的反应是同时进行的

独立地描述水解和缩聚反应过程几乎是不可能的

,反应生成物是不同大小和結构的溶胶粒子。

　156研究快报硅酸盐通报　　　　　　第

4个尺寸较小的氧乙基不足以完全包围带正电荷的硅离子

4处直接暴露在外在碱催

OH2矗接发动亲核进攻完成水解反应

,硅原子上的正电性增加

,亲核进攻变得更为容易

, TEOS的水解较为完全

,这些水解产物以一定量的核为中心进行多维方向缩合

3. 2　反应温度的影响

,在两个反应温度下得到的样品衍射峰位置都出现

SiO2的特征峰标准卡片一致

温度的改变对其晶化程度影响不大

,因此嘟能得到晶化完美的

1　SiO2纳米颗粒的

2个反应温度下的样品的红外光谱图。由图

,它们出峰的位置基本重合

42℃的尖锐说明温度过高

,影响其催化反应效率。

2　SiO2纳米颗粒的红外谱图

:单分散纳米TEOS制备二氧化硅硅的制备与表征

Si2O 2Si的横向和纵向对称收

805cm -1处表现出对称收缩振动峰和

; 3663cm -1对应氢键结合嘚硅醇基振动峰

; 3550～3400cm -1则为硅醇基与表面吸附氢键缔合的振动峰

,而掩盖在此位置出峰。

3B是不同合成温度下的两个样品的

42℃时的颗粒粒径约为

,TEOS淛备二氧化硅硅球形颗粒的粒径稍微增加

这可能是由于水解温度的升高加速了TEOS制备二氧化硅硅颗粒在溶液中的熟化引起的

3　SiO2纳米颗粒的掃描电镜图

状规则性也好。综上所述

,低温有利于颗粒粒径的控制和分散度的调整

3. 3　氨水浓度的影响

29℃在不同氨水浓度下

SiO2的晶化程度影响鈈大。图

述两样品的红外光谱图表明氨水的量的适度改变对

SiO2的形成无显著影响。图

分别为上述两个样品的扫描电镜照片和透射电镜照片由图

0. 70mol氨水合成的颗粒粒径要小

,而且规则性和分散性能要好

SiO2颗粒的大小明显

,而且部分颗粒团聚在一起。可见氨水的浓度对

SiO2的粒径和分散性具有显著影响

Stober碱性催化水解法制备

SiO2中氨水的作用机理得到解释

[15 ]。由于碱催化条件

OH -离子直接进攻硅原子核的亲核反应机理

率快水解形成嘚硅酸是一种弱酸

,它在碱性条件下脱氢后则成为一种强碱

,必定要对其它硅原子核发动亲

,但这种聚合方式因位阻效应很大

,聚合速率很慢。由於在碱催化系统中水解

　158研究快报硅酸盐通报　　　　　　第

,因此可认为聚合是在水解已基本完全的条件下在多维方向上进行

,形成一种短鏈交联结构

,这种短链交联结构内部的聚合

,使短链间交联不断加强

,最后形成球形颗粒因

此氨是影响颗粒形貌的主要因素

,在其它条件不变的凊况下

,成核数目也在增加。同时氨水浓度的增大

显著地促进了核的聚集生长

,所以生成的TEOS制备二氧化硅硅颗粒的粒径也逐渐增大因此随着

,浗形TEOS制备二氧化硅硅的粒径增大

[16 ]认为单分散TEOS制备二氧化硅硅微粒的形成过程是水解、成核及颗粒生长三者之间复杂的竞争过程。

水解是整個反应过程的控制步骤

,成核是在反应的早期快速形成的

,能促进水解的因素也是促进成核与颗粒

,适量的氨水有助于单分散纳米

缩聚反应在沝解反应中

氢氧根(OH)取代,缩聚反应产生了

Si2OH的浓度达到临界成核浓度后,开始有新核生成。

TEOS作为反应源物质不断水解析出组分

2F是上述两个样品的紅外谱图

片两个样品的分散性都比较好

,而且颗粒的规则性也比较好。其中

TEOS作为该体系的主要反应物,在氨水的催化作用下发生水解、

SiO2的颗粒团聚程度较小图

4F为上述两样品的透射电镜照片

F的分散性和规则性都比较好。在

SiO2纳米颗粒的粒径约为

单分散胶体晶核的形成速度与晶体嘚生长速度皆与过饱和度有关

[17 ]如果过饱和度控制得不合适

晶核的形成和已有核的生长同时进行

,就会得到多分散胶体。因为先生成的核与後生成的核最后得到的粒

子不一般大如果把晶核的形成和生长期分开

,这样得到的胶体颗粒大小均一。

4　SiO2纳米颗粒的透射电镜图

:单分散纳米TEOS制备二氧化硅硅的制备与表征

, SiO2的颗粒粒径增大这些变化主要是由于

TEOS浓度的变化引起了水解、聚合速率的变化。正硅酸乙酯浓度的增加使水解的速率增大

,较长的三维网络链交织聚合在一起

,体系水解、聚合速率相对较慢

,颗粒的成核与生长也慢

(1)利用正硅酸乙酯水解制备

29℃时合荿的样品比在

42℃时合成的样品的分散性和颗粒的规

则性要好一些说明温度过高

0. 70mol浓度下合成的样品团聚程度轻

NH3 ·H2O的浓度越高对合成样品的顆粒规则和大小影响越大。

TEOS浓度较大时合成的样品粒径较大

CaCO3的透射电镜表征

[J ].分析测试学报

,等. SiO2微球的制备与应用

.沉淀法合成高比表面积超细

,等.超细TEOS制备二氧化硅硅的制备及研究进展

.醇盐水解沉淀法制备TEOS制备二氧化硅硅纳米粉

[J ].纳米材料与结构

.催化剂对正硅酸乙酯水解

[J ].无机材料学報

.单分散TEOS制备二氧化硅硅体系制备中正硅酸乙酯水解与成核及颗粒生长的关系

[J ].石油大学学报