摘 要：介孔材料由于其具有較大的比表面積和吸附容量，因此在吸附、分離、催化等領(lǐng)域都具有廣泛的應(yīng)用。該文采用十六烷基三甲基溴化銨（CTAB）為模版，溶膠凝膠法合成了介孔二氧化硅納米粒子，通過(guò)透射電鏡（TEM）和低溫氮吸附等表征方法對(duì)合成介孔二氧化硅的結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行了分析，討論了不同四甲氧基硅烷（TMOS）、CTAB量對(duì)介孔二氧化硅納米粒子的粒徑、比表面積及孔徑的影響。

關(guān)鍵詞：介孔 二氧化硅 溶膠凝膠法

中圖分類(lèi)號(hào)：TQ01 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2012）12（c）-00-02

介孔材料是多孔材料中的重要組成部分，由于具有較大的比表面積和吸附容量，因此在吸附、分離、催化等領(lǐng)域都具有廣泛的應(yīng)用。根據(jù)微觀結(jié)構(gòu)的區(qū)別，介孔二氧化硅可分為兩大類(lèi)型：一類(lèi)則是以二氧化硅干凝膠和氣凝膠為代表的無(wú)序介孔固體，其中介孔的形狀不規(guī)則但是相互連通?？仔纬Ｓ媚啃螤顏?lái)近似描述，細(xì)頸處相當(dāng)于不同孔之間的通道。另一類(lèi)是Back等人[1-2] 于1992年首次報(bào)道的M41S（MCM-41，MCM-48，MCM-50）系列的介孔二氧化硅，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是孔徑大小均勻，按六方有序排列，在不同制備條件下，孔徑在1.5～10 nm范圍內(nèi)可連續(xù)調(diào)節(jié)?？仔慰煞秩?lèi)：定向排列的柱形孔；平行排列的層狀孔；三維規(guī)則排列的多面體孔。這種合成方法可以得到均一的多孔結(jié)構(gòu)，引起了在多相催化、吸附分離以及高等無(wú)機(jī)材料等學(xué)科領(lǐng)域研究人員的濃厚興

趣 [3-6]。介孔材料在種類(lèi)及應(yīng)用上都得到了蓬勃的發(fā)展。

目前合成介孔材料主要采用水熱合成法、室溫合成、微波合成、濕膠合成法以及相轉(zhuǎn)移法等。介孔材料的合成涉及到諸多的影響因素。比如說(shuō)，一種模板劑可以合成出多種介孔材料，這就顯示了合成過(guò)程中膠凝條件所起的重要作用：OH-濃度、投料比、各種原料的溶解度、凝膠老化時(shí)間、晶化時(shí)間、晶化溫度、升溫速度以及攪拌速度等都可能成為影響合成結(jié)果的因素。而有的合成方法是利用幾種模板劑合成出同一種介孔材料。對(duì)于這種情況，模板劑相當(dāng)于體積填充物，對(duì)分子篩結(jié)構(gòu)的形成并無(wú)至關(guān)重要的貢獻(xiàn)。

溶膠-凝膠法就是將金屬醇鹽溶解在有機(jī)溶劑中，通過(guò)水解聚合反應(yīng)形成均勻的溶膠（Sol），進(jìn)一步反應(yīng)并失去大部分有機(jī)溶劑化成凝膠（Gel），再通過(guò)后處理，制備成所需材料的化學(xué)方法。Stober等人[7]發(fā)現(xiàn)用氨水作為硅烷（如四甲氧基硅烷，TEOS）水解反應(yīng)的催化劑可以控制SiO2粒子的形狀和粒徑，制備出了粒徑較為單一且分散性良好的，直徑在50 nm到2 μm的SiO2納米粒子。SiO2的粒徑易受反應(yīng)物的影響，如水和氨水的濃度、硅酸酯的類(lèi)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）、催化劑的種類(lèi)（酸或堿）及不同的溫度等，對(duì)這些影響因素的調(diào)控，可以獲得各類(lèi)結(jié)構(gòu)的納米SiO2[8-9]。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器及試劑

實(shí)驗(yàn)儀器：250 mL圓底三頸燒瓶，機(jī)械攪拌裝置，250 mL量筒，1 mL移液管，恒溫水浴鍋，透射電鏡（TEM）（Tecnai 12，荷蘭Philips公司），掃描電鏡（SEM）（S-4800，日本，電壓15 kV）

試劑：十六烷基三甲基溴化銨（C19H42BrN，CTAB，A.R.，江蘇永華精細(xì)化工品有限公司），四甲氧基硅烷（C4H12O4Si，TEOS，A.R.，阿拉丁化學(xué)試劑有限公司），氫氧化鈉（NaOH，A.R.，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司），其它試劑均為分析純并用去離子水配制。

1.2 實(shí)驗(yàn)步驟

介孔二氧化硅納米粒子的合成參考Lai等人的文獻(xiàn)[10]：取一定量的CTAB溶于96 mL去離子水，并加入到三頸燒瓶中，再將0.70 mL 2.00 M NaOH水溶液加入并充分混合均勻，將燒瓶放入水浴鍋中加熱，溫度穩(wěn)定到80 ℃后，將一定量的TEOS逐滴加入燒瓶中，反應(yīng)在攪拌進(jìn)行

2 h，體系冷卻后過(guò)濾得到白色固體，將產(chǎn)物置于在550 ℃的烘箱中煅燒5 h，即可得到介孔二氧化硅納米粒子。

2 結(jié)果與討論

我們通過(guò)上述方法制備得到介孔二氧化硅納米粒子，會(huì)隨著CTAB和TEOS的加入量不同而得到不同孔徑、不同粒徑的產(chǎn)物。當(dāng)稱(chēng)取的CTAB分別為0.10 g、0.20 g和0.25 g，而固定TEOS為1mL時(shí)，分別得到不同的介孔二氧化硅納米粒子，分別用透射電鏡表征如圖1所示。用低溫氮吸附法測(cè)定介孔二氧化硅納米粒子的比表面積、平均孔徑和孔容，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表1

所示。

從以上的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，CTAB量的改變幾乎不影響介孔二氧化硅納米粒子的粒徑，但是介孔二氧化硅納米粒子的比表面積會(huì)隨著CTAB量的增加而增加，相對(duì)來(lái)說(shuō)，當(dāng)CTAB的加入量為0.20 g時(shí)，介孔二氧化硅納米粒子的粒徑更均一，平均孔徑較小。

另外，我們還討論了加入不同TEOS量對(duì)介孔二氧化硅納米粒子粒徑的影響。固定CTAB為0.20 g，分別向反應(yīng)體系中加入TEOS為0.5 mL、1 mL和1.5 mL，得到不同粒徑的介孔二氧化硅納米粒子，分別用透射電鏡表征如圖2所示。用低溫氮吸附法測(cè)定介孔二氧化硅納米粒子的比表面積、平均孔徑和孔容。具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表2

所示。

由以上兩組數(shù)據(jù)可以看出，隨著TEOS量的增加，介孔二氧化硅納米粒子的粒徑成增大趨勢(shì)，而比表面積成下降

趨勢(shì)。

3 結(jié)語(yǔ)

該文采用CTAB為模版，溶膠凝膠法合成了介孔二氧化硅納米粒子，制備得到的產(chǎn)物粒徑分布較均勻。通過(guò)透射電鏡和低溫氮吸附等表征方法對(duì)合成介孔二氧化硅粒子的結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)CTAB量的改變幾乎不影響介孔二氧化硅納米粒子的粒徑，但是介孔二氧化硅納米粒子的比表面積會(huì)隨著CTAB量的增加而增加；而隨著TEOS量的增加，介孔二氧化硅納米粒子的粒徑成增大趨勢(shì)，而比表面積成下降趨勢(shì)。

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