单分散纳米二氧化硅的可控制备以及高浓度正硅酸乙酯条件下的反应机理.pdf

化学工程师
Sum 250 No 07
leiner
DOI:10.16247/,cnki.23-1171/tq.2016070
科
单分散纳米二氧化硅的可控
以及高浓度正硅酸乙酯条下
的反应机理
赵立强2,南泉2,金花子2
(1.青岛科技大学化学与分子工程学院,山东青岛261500;2.中国科学院金属
究部,辽宁沈阳10106)
摘要:采用 Stober%法,在60℃,正硅酸乙酯(でTEOS)浓度为1md的件で制备得到粒径为5sm的
SiO2,多分散指数( Polydispersity Index,PDI)为005,显示了ウ好的单数找到)一种在高TEOS浓度、高
温条件下制备单分散纳米SiO2的方法,并探讨了制备机理。
研
水和NH"H2O浓度以及反
应温度对产物颗粒粒径及其分布的影响。
关键词: Stober i法;纳米二氧化硅;单分散;制备机理
中图分类号:0643.12
文献标识:A
Controllable preparation of monodisperse silica an
.chanism under the condition of high
concentration of tetra-e
orthosilicate
ZHAO Li-qi
Q
Hua-z12
2.Surface Engineering of Materials Division, Instituta Metal Res
inese Acadamy of Science, Shenyang 110016, China)
Abstract: Nanometer silica has been_prepa
nw/Stob method with high concentration of TEOS at
60%C. The Polydispersity Index is eqwy/ fo 0.05
thod of
preparing
monodisperse nano silicon dioxide ahigh
entratfunr and high temperature. Meanwhile, the preparation
mechanism and the effect
ute and/e concentration of TEOS, H20 and NH,HO on the particle
e and its distribution are
Key Words: Stober method, meter silica; monodisperse; preparation mechanism
如今,由于纳米SiO多领域的遍应用,方法,许多研究者对 Stober i过程进行了研究。例如:
而受到了更为广泛关注y例如筑材岁方面、药物Wang]等人利用赖氨酸作为碱性催化剂,在
缓释、聚合物纳米复合材料、戸效液相色谱?、0.4ml-L'的TEOS条件下制备了小于30nm的单
生物传感器り、复合涂层等其产品的质量高分散S0O2纳米颗粒; Xiaodong Wang?等人使用了
度依赖于SO2」粒大小及其粒径分布,从0.2molL'的TEOS,制备了30nm的S(02纳米颗
而增加了高和
对于径可控、形貌规整的纳粒。这些研究基本上都是在TEOS浓度较低的条件
米SiO2的訊求。
下进行的,如果提高TEOS浓度,则会产生多分散的
Stober 4等人在、/年时报道了一种开创性的悬浮液。 Xiao Dong Wang?等人在2010年报道了在
方法"氨水作为催、例,在醇溶液中经过TEOS的高浓度TEOS(124mol-L)条件下的制备,在5℃
水∮?省聚反应,得到了005-2ルm球形单分散下,成功合成了930nmn的单分散SO2微球,实验证
S。这秒方法原料简单,反应条件可控,易于明,低温能降低水解和聚合反应的速度,同时减弱
操作
制备单分散SiO2最为简单和有效的低聚物的振动,避免了低聚物之间聚结。除此之外
尚未见其它在高浓度TEOS下的合成研究
收稿日期:2016-03-31
本文首先研究了反应过程中各物质浓度以及
基金项目:国家重大科学仪器设备开发专项,No:2013YO240421020反应温度对产物粒径的影响,着重对高浓度TEOS
作者简介:赵立强(1990-),男,在读硕土研究生,研究方向:胶体
条件下的制备进行了探讨,研究了在较高温度下的
与界面化学。
反应过程,并提出在此条件下的制备机理,旨在能
导师简介:金花子,女,高级工程师。
赵立强等:单分散纳米二氧化硅的可控制备以及高浓度正硅酸乙酯条件下的反应机理
n16年第07期
够深入了解TEOS水解聚合的过程,探讨TEOS在
表1合成条件与粒从试结果
高浓度下的反应情况,找到一种在高TEOS浓度、高
Tab 1 Synthesis Condition m The Test Res
温条件下制备单分散良好的纳米SiO2的方法。
of Particle Size
umber TEOS H,0 NH,
Temperaiw article size PDI
1实验部分
/moll-i /mll
℃
12
0.10
1.1试剂与位器设备
12.9
0.14
358
正硅酸乙酯(TEOS)(AR国药集团化学试剂沈
365
阳公司);乙醇(AR国药集团化学试剂沈阳公司);
Nく
10.88
0.19
NH3H20(25%~28%)(AR国药集团化学试剂沈阳
NK
17
405
公司);蒸馏水(国药集团化学试剂沈阳公司)。
4080.22
NSPECT E50型扫描电镜( America FEI);
2.82
3850.21
BT-90型激光粒度仪(中国丹东百特仪器有限公
司); Bruker- tensor27型红外光谱仪(德国)。
0.2
1.2试验方法与步骤
18.782.82
先将一定体积的水、乙醇、NH:'H20充分混
0.218.782.82
218.782.82
65
0.]3
记做A液;再将一定体积的TEOS、乙醇均」混合
0.218.782.82
记做B液,然后在反应温度下将A与B液混合
0.513.700.7
力搅拌并反应一定时间,体系由原本的澄"透明,、m,061700
逐渐转变为乳白色,最终为均相的SiO2/、唯mE,07513.00.760
化一段时间后,取少量用于SEM进行貌观察
TE0.8513.700.7
约10mL左右,用于激光粒度仪进行粒
TE
113.700.7
60
55.3
0.05
测试。
2.2NHyH2O和H2O浓度的影响
图1-a中显示了粒径随着NH·H20浓度的增
2结果与讨论
加而逐渐增大,NH2'H2O作为催化剂能够同时促进
2.1反应条件
TEOS的水解和缩聚,结合表1中N1-N7组PDI结
果可以看出,当氨水浓度较