Ag_SiO_2复合颗粒的溶胶_凝胶法制备与表征
溶胶-凝胶法制备TiO2-SiO2复合粉体
2011-2012第1学期期末综合实验报告溶胶-凝胶法制备TiO2－SiO2复合粉体姓名：学号：班级：指导教师：题目：溶胶-凝胶法制备TiO2－SiO2复合粉体一、实验目的及要求（1）了解并撑握进行科学研究的过程，提高学生的逻辑思维能力，为以后进行科学研究奠定基础。
（2）提高学生的实验动手能力和科学分析能力，使学生通过这次锻炼能够撑握科学实验的过程，从而激发对科学研究的兴趣。
（3）通过本次综合实验，使学生把书本上的理论和实际结合起来，从而达到学以致用的目的。
（4）写出完整的实验报告，重点分析实验结果并进行详细的讨论，提高学生的数据处理能力。
二、实验原理溶胶—凝胶法是一种湿法化学工艺，由金属醇盐或其它盐类溶解在醇醚等有机溶剂中形成均匀的溶液，溶液再通过水解和缩聚反应形成溶胶，进一步的聚合反应经过溶胶—凝胶转变形成凝胶。
在低温阶段发生的溶胶到凝胶的转变过程，可以用来制备涂层。
采用溶胶—凝胶法的基本过程是：易于水解的金属化合物（无机盐）在某种溶剂中与水发生反应，经过水解与缩聚过程而逐渐凝胶化。
其基本的反应过程是水解反应和聚合反应。
反应方程式如下（以合成氧化钛为例）：水解反应：Ti－OR＋H2O→Ti－OH＋ROH聚合反应：Ti－OH＋RO－Ti→Ti－O－Ti＋ROHTi－OH＋OH－Ti→Ti－O－Ti＋H2O式中：R﹦C4H9由于溶胶—凝胶法是目前广为采用的纳米粉体制备方法，因此本研究采用溶胶-凝胶法制备TiO2－SiO2超细粉体。
即采用钛酸丁酯、正硅酸乙脂为主要原料，加入去离子水和无水乙醇配制成反应溶液，并加入乙酰丙酮作抑制剂以缓解钛酸丁酯的强烈水解作用，从而形成均匀而透明的溶胶。
溶胶经干燥、煅烧后制备成TiO2－SiO2粉体。
三、实验内容（1）撑握TiO2光催化剂的制备机理及方法。
（2）探究溶胶pH值的变化对TiO2－SiO2溶胶性能的影响机理及规律。
（3）考察水浴温度的不同对TiO2－SiO2溶胶性能的影响及规律。
溶胶凝胶法制备SiO2工艺
溶胶凝胶法制备SiO2工艺溶胶凝胶法是一种常见的材料制备方法，具有制备过程简单、产物纯度高、粒度均匀等优点。
在溶胶凝胶法制备SiO2工艺中，通过控制反应条件，可以制备出具有特定形貌、结构和性能的SiO2材料。
本文主要探讨了溶胶凝胶法制备SiO2工艺的过程、实验结果及其应用，分析了该方法的优势和不足，并提出了改进意见。
实验主要采用了硅酸酯、氢氧化钠、去离子水等原料，将硅酸酯和氢氧化钠按一定比例混合，搅拌均匀后加入去离子水，继续搅拌得到溶胶。
将溶胶在一定温度下干燥，得到干凝胶。
将干凝胶在高温下焙烧，去除有机物，得到最终的SiO2产物。
实验过程中，通过控制溶胶时间、固化温度等因素，制备了一系列不同工艺参数的SiO2样品。
采用X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）等手段对样品的物相、形貌和粒度进行了表征。
实验结果表明，通过控制溶胶时间、固化温度等因素，可以制备出具有不同形貌和粒度的SiO2材料。
当溶胶时间为60分钟、固化温度为400℃时，制备出的SiO2样品具有较高的纯度和良好的分散性。
XRD结果表明，制备的SiO2为结晶度良好的α-石英相。
SEM表征显示，该条件下制备的SiO2粒子呈球形，粒度分布较窄。
通过控制原料浓度、水解速率等因素，可以进一步调节SiO2的粒度和形貌。
通过溶胶凝胶法制备SiO2工艺，可以获得具有高纯度和良好分散性的SiO2材料。
实验结果表明，溶胶时间和固化温度是影响SiO2形貌和粒度的关键因素。
当溶胶时间为60分钟、固化温度为400℃时，制备出的SiO2样品具有最佳的性能。
然而，在实验过程中也发现了一些不足之处，如制备过程中有机物的挥发和残留可能会影响产品的纯度和性能。
为了提高制备效率和产品质量，建议在后续研究中可以对原料浓度、水解速率等参数进行更加深入的探讨，并尝试通过优化工艺流程和添加剂的使用来改善产品的性能。
还可以进一步拓展溶胶凝胶法制备SiO2工艺的应用领域。
由于SiO2具有优异的物理化学性能，如高透明度、低热膨胀系数等，可以将其应用于光学、电子、催化剂等领域。
纳米银粒子_二氧化硅复合颗粒溶胶_凝胶的制备与表征_马少华
文章编号:1672-4291(2008)01-0030-04收稿日期:2007-05-16基金项目:国家自然科学基金资助项目(60678005);陕西省自然科学基础研究计划资助项目(2006F 39)作者简介:马少华,男,硕士研究生,研究方向为光学材料的制备及性能.*通讯作者:李贵安,男,副教授,博士.E -mail:liguian66@163.co m纳米银粒子-二氧化硅复合颗粒溶胶-凝胶的制备与表征马少华, 李贵安*, 张玉荣(陕西师范大学物理学与信息技术学院,陕西西安710062)摘 要:采用溶胶-凝胶法,成功制备出不同浓度的银-二氧化硅复合颗粒.采用透射电子显微镜、X 射线衍射仪、紫外可见近红外光谱仪对其形貌、结构及光学吸收特性进行了表征和分析.结果表明,纳米银粒子(15~20nm)具有良好的面心立方结构,且均匀分散于二氧化硅颗粒表面.银粒子等离子共振吸收峰位于410nm,吸收强度随银粒子浓度增加而加强.关键词:纳米银粒子;二氧化硅;溶胶-凝胶法中图分类号:O437 1 文献标识码:APreparation and characterization of silver nanoparticles -silicacomposite grain by so-l gel technologyMA Shao -hua,LI Gu-i an *,ZHANG Yu -rong (College of Physics and Information Technology,Shaanx i Normal U niversity,Xi an 710062,Shaanxi,China)Abstract :The sliver -silica composite grains w ith different concentrations w ere prepared by so-l g el technology.The feature,structure,and optical absorption properties of silver nanoparticles w ere characterized by transmission electron microscope (TEM ),X -ray diffraction (XRD),and ultraviolet v isible near infrared (U V -Vis -NIR)absorption spectrometer.T he results indicate that the silver nanoparticles (15~20nm )have face -centered cubic crystal structure and are homogenously distributed on the surface of silica.It w as found that the peak of plasma resonant absorption locates at about 410nm for silver nanoparticles,and the intensity of absorption increases w ith that of the silver concentration.Key words:silver nanoparticles;silica;so-l gel technolog y 纳米尺度颗粒因其具有颗粒尺寸小、比表面积大、表面原子数多、表面能与表面张力随颗粒尺寸下降急剧增大等特性而表现出量子尺寸等效应.金属纳米颗粒所具有的不同于常规固体的新奇特性(如光学与电磁学特性),使其在催化、传感器、非线性光学以及信息存储等领域展现出非常广阔的应用前景,并已成为当今热点研究课题之一[1-4].近年来,纳米银颗粒的制备技术发展迅速,方法多样,但由于纳米尺度的金属颗粒具有较高的表面能,因而在制备中易发生团聚,致使其纳米效应减弱或失去.因此,解决纳米尺度颗粒的分散性及稳定性问题一直是人们研究追求的目标之一.在纳米银粒子掺杂的功能复合材料研究中,制备银-二氧化硅复合颗粒主要采用光照[5]和吸附[6]等方法.这些方法操作工艺复杂,且对设备要求较高.为克服上述制备工艺的不足,作者采用溶胶-凝胶法在二氧化硅颗粒第36卷 第1期陕西师范大学学报(自然科学版)Vol.36 No.1 2008年1月Journal of Shaanxi Normal U niversity (Natural Science Edition)Jan.2008表面合成纳米银粒子,成功制备出不同浓度的银-二氧化硅无机复合颗粒,并对其结构和光学特性进行表征.结果表明,采用这种方法制备银-二氧化硅复合颗粒,可有效控制纳米颗粒的团聚.1 实验试剂为正硅酸乙酯(分析纯,西安化学试剂厂)、硝酸银(分析纯,西安稀有金属新材料股份有限公司)、乙醇(分析纯,西安三浦精细化工厂)、硝酸(分析纯,西安三浦精细化工厂)、去离子水等.所有试剂实验前未经处理.样品采用溶胶-凝胶法制备.将一定量的硅酸乙酯置于反应容器中,加入适量乙醇强力搅拌,再加入适量硝酸酸化的去离子水,使混合液保持恒温50 ,反应3h (硅酸乙酯、乙醇、水的摩尔比为1 4 6);然后分别将所需量的硝酸银溶于适量硝酸酸化的去离子水中混合均匀,并将其滴加于上述反应混合物中,保持恒温50 ,再避光反应3h 得均匀透明溶胶.将所得溶胶避光恒温静置直到形成凝胶,然后将凝胶分别在80 、120 下恒温干燥12h,部分样品分别在300 、500 各保温热处理2h,升温速率为2 /min.采用日本日立公司H 600透射电子显微镜(TEM ,加速电压为30 104V )观察形貌、颗粒大小;用日本理学公司D/M ax 2550型X 衍射仪(XRD,Cu ,40kV/50mA)对样品进行晶型检测;采用美国Perkin -Elmer 公司的Lambda 950型紫外可见近红外光谱仪(UV -Vis -NIR,以空气作为参比物)在300~800nm 的波长范围内对样品进行光谱测量.2 结果与讨论2.1 Ag 粒子形成机理实验中二氧化硅来自硅酸乙酯的水解与聚合反应,而银粒子来自硝酸银的还原.按照本实验试剂加入顺序,首先是正硅酸乙酯水解聚合生成二氧化硅的反应.然后是硝酸银还原反应.由于二氧化硅颗粒在硝酸银加入之前已基本形成,且二氧化硅表面带一定量负电荷,因而,随着硝酸银的加入,带正电的Ag +被吸附在表面带负电的二氧化硅颗粒上.因为在正硅酸乙酯水解、聚合的过程中生成有大量的乙醇自由基,于是在二氧化硅与乙醇的共同作用下,乙醇自由基把吸附在二氧化硅颗粒表面的Ag +逐渐还原为银原子Ag 0,进而大量的银原子在二氧化硅表面聚集形成纳米量级的Ag 粒子.其反应为[7]Ag n +Ag ++CH 3CH 2OH Ag n +1+H ++CH 3CH 2O.值得注意的是,反应中自由基CH 3CH 2O 并不还原Ag +,而是由乙醇自由基CH 3CH 2O 和Ag +共同作用,Ag +吸收了一个电子,于是Ag +被还原为Ag 0,并沉积在二氧化硅表面形成银粒子[8].2.2 复合颗粒形貌分析为分析样品中银粒子的形貌与分布情况,对样品的显微结构进行了观测.将研磨很细的粉末样品于乙醇中超声分散均匀,投于电镜铜网上,待样品自然干燥后于电镜内进行测量.图1是样品500 热图1 5%Ag 样品的TEM 照片(500 )Fig.1 TEM im age of 5Ag%sample heat treated at 500处理后的透射电子显微镜照片.从照片中可以看出,纳米银粒子分布于二氧化硅颗粒表面,形状近似为球形,银粒子尺寸约在15~20nm 之间.照片显示,纳米银粒子分布在二氧化硅颗粒表面,这主要是因为在硝酸银加入之前,二氧化硅颗粒已基本形成.在这种情况下,生成二氧化硅的反应已基本完成,因而,Ag +只能沉积在二氧化硅颗粒表面而被还原,最终导致纳米量级的银粒子分散在二氧化硅表面.2.3 Ag 粒子X 射线分析为检验样品中银粒子是否以纳米尺度存在以及估算银粒子的尺寸,实验对样品进行了XRD 测量.图2是500 热处理下具有不同浓度银复合颗粒样品的X 射线衍射图样.无银二氧化硅也给出其衍射图样.在所有图样中,作为基质的二氧化硅处于非晶态,XRD 图样显示出明显的非晶衍射包络.随着银浓度的逐渐增加,在二氧化硅非晶衍射包络的背景上逐渐出现银的多个衍射峰,强度随银的浓度相应增加.经过与XRD 标准图谱对照,它们分别对应于面心立方金属银的(111)、(200)、(220)、(311)四个晶面的衍射峰.至于在衍射图样b 中没有发现明显第1期马少华等:纳米银粒子-二氧化硅复合颗粒的溶胶-凝胶制备与表征31的银的衍射峰,这主要是因为相比非晶态的二氧化硅而言,样品b 中银的浓度太低,仪器无法检出.图2 样品X 衍射图样(500 )Fig.2 X -ray diffraction patterns ofsamples heat treated (500 )a.未加A g;b.1%Ag;c.5%Ag ;d.10%Ag根据XRD 图样信息,我们采用Scherrer 方程估算银颗粒的平均尺寸[9],有D =0.89 cos ,其中,D 为垂直于晶面方向晶粒大小的平均尺寸(nm), 为X 射线波长(nm).XRD 表征中采用Cu 靶辐射,X 射线波长为0.1541nm, 是衍射峰半高宽(rad.), 是衍射角.表1为选取5%Ag (500 )表1 根据Scherrer 方程计算的银粒子颗粒尺寸(5%Ag)Tab.1 Silver particle size estimated from X -ray line by using Scherrer s equation for (5%Ag)samples heat treated at 500 晶面2 /( ) /( )D /nm 11138 040 323120044 220 4425并用Scherrer 方程估算银颗粒尺寸的结果.值得注意的是,用不同衍射峰所对应晶面进行计算,结果稍有差别,这主要是因为样品中晶粒形状不规则以及晶粒尺寸不一致所造成的.另外,使用Scherrer 方程来估算颗粒尺寸时应尽量选取低角度(2 50 )衍射峰,再求平均值.本文用Scherrer 方程估算出的银粒子平均粒径约为28nm,这与TEM 观察的颗粒大小分布(15~20nm )相比偏大.主要原因是当用于X 射线测量的颗粒粒径很小时(如纳米量级),被测量的颗粒表面张力增大,这会导致颗粒内部晶格发生畸变,导致估算结果比实际颗粒偏大.图3为500 时5%Ag (111)面衍射峰图.图3 5%Ag(111)面衍射峰(500 )Fig.3 Diffraction peak of 5%Ag (111)plane heat treated (500 )2.4 Ag 粒子光吸收分析为研究纳米银粒子的光吸收特性,实验对样品的光吸收进行了分析.图4是样品在300 热处理下不同浓度银复合颗粒紫外可见近红外吸收光谱以图4 样品的UV -Vis -NIR 吸收光谱(300 )Fig.4 UV -Vis -NIR absorption spectra ofsamples heat treated (300 )a.未加A g; b.0.1%Ag; c.1%Ag及二氧化硅的吸收光谱.可以看出,二氧化硅在可见光波段(400~800nm)无明显吸收峰,曲线平滑.但随着银的加入,曲线在410nm 附近出现银等离子共振吸收峰,且强度随银浓度的增加而增大,吸收峰也存在宽化现象.与纳米银在溶液中狭窄的吸收峰相比,在固态中银粒子的吸收峰加宽.这是因为随着银浓度的增加,单位体积内形成了更多的纳米银颗粒,从而对等离子共振吸收峰的贡献增加.至于相对于其在溶液中的吸收峰加宽现象,除了由于高浓度银的加入使形成的纳米银颗粒尺寸有所增加外,纳米银颗粒形状的不规则以及尺寸的不一致(由Scherrer 方程的计算结果所证实)等因素,也是引起吸收峰宽化现象的重要原因[10].另外,从图4还可看出,随银浓度的增加样品的吸收呈现整体加强.这与测试样品的颜色随银浓度变化规律一致.图5反映了不同热处理温度对银粒子等离子共振吸收的影响.从图可看出,样品在120 热处理后,吸收曲线在410nm 附近为一个较宽的吸收包32 陕西师范大学学报(自然科学版)第36卷图5 不同热处理温度下样品的UV-Vis-NIR吸收光谱(5%Ag)Fig.5 UV-Vis-NIR absorption spectra of(5%Ag) samples at different heat treated temperaturea.120 ;b.500络.但当温度升高到500 时,曲线出现明显的吸收峰.该吸收峰是银纳米粒子的等离子共振吸收峰.这是因为当样品的热处理温度升高时,部分吸附在二氧化硅表面未被还原的Ag+在高温条件下可与二氧化硅相互作用,进而被还原成银原子[11],并在二氧化硅表面聚集形成纳米银粒子,从而使二氧化硅表面的纳米银粒子浓度增加,最终导致银纳米粒子等离子共振吸收的强度加强.3 结论应用溶胶-凝胶法,制备出不同浓度的银-二氧化硅复合颗粒,并对其结构和光学特性进行表征.结果表明,纳米银粒子(15~20nm)具有良好的面心立方结构,且均匀分布于二氧化硅颗粒表面;银粒子等离子共振吸收峰位于410nm,其吸收强度随样品中银粒子浓度的增加而增加.参考文献:[1]李贵安,宋建平,李貅,等.纳米金属-偶氮染料共掺杂复合膜的制备与吸收蓝移现象[J].化学学报,2005,63(8):777-782.[2]L i Guian,So ng Jianping,Li X iu,et al.Prepar atio n andfluorescence properties of co-doped nanoco mposite film based on supr a molecular str ucture[J].Chinese Journal of Chemical Physics,2006,19(2):183-186.[3]李贵安,宋建平,李貅,等.金属-染料包覆共掺杂复合物的制备与热学特性[J].西安交通大学学报:自然科学版,2005,39(4):433-436.[4]李贵安.纳米粒子与染料超分子结构复合材料的设计及其吸收红移机理[J].陕西师范大学学报:自然科学版, 2006,34(1):32-35.[5]姚素薇,曹艳蕊,张卫国.光还原法制备不同形貌银纳米粒子及其形成机理[J].应用化学,2006,23(4): 438-440.[6]王果,戴静,毛从文,等.Ag/SiO2纳米复合材料的制备及其导电性能研究[J].材料科学与工程学报,2006, 24(5):761-765.[7]Wu P W,Dunn B,Doan V,et al.Controlling thespontaneous precipitation of silver nanoparticles in so-l g el materials[J].Journal of So-l Gel Science and T echnolo gy, 2000,19(2):249-252.[8]Ameen K B,Rajasekhar an T,Rajasekhar an M V.Grainsize dependence of physico-o ptical properties of nanometallic silver in silica aer ogel matrix[J].Jour nal of Non-Crystalline Solids,2006,352(8):737-746.[9]丛秋滋.多晶二维X射线衍射[M].北京:科学出版社,1997:220-232.[10]Zhu M W,Qian G D,Ding G J.Plasma resonance ofsilver nano particles deposited on the surface of submicron silica spheres[J].M aterials Chemistr y and Physics,2006, 96(2):489-493.[11]Epifani M,Giannini C,T apfer L,et al.So-l gel synthesisand characterization of A g and A u nano particles in SiO2,T iO2and ZrO2thin films[J].Jour nal of the A merican Ceramic So ciety,2000,83(10):2385-2393.责任编辑 强志军第1期马少华等:纳米银粒子-二氧化硅复合颗粒的溶胶-凝胶制备与表征33。
SiO2／Ag核壳复合粒子的制备与表征
变为土黄色 ，接着变 成暗血色 ，最后呈 深灰黑色并保 持
颜色 不变 。反应 １ｍｉ ，离 心清洗数次后真 空干燥 。 ５ ｎ
子 。 Ｉ ＸＲ Ｓ Ｍ、 Ｄ 用 Ｒ、 Ｄ、 Ｅ Ｅ Ｓ等 测试手段 ， 究 了 ＭＰ Ｓ 研 Ｔ 的加入 、氢 氧化钠 的浓度 、 面活性 剂的用 量 以及 银氨 表
图１ 为实验制备 的活 性 ＳＯ （） ＳＯ ／ ｇ ｉ ２ 及 ｉ ２ 核壳 复合 ａ Ａ
粒子 （ ，Ｃ ｂ ）的 Ｓ Ｍ 图，其 中图 １ ） ｂ为二次 电子 Ｅ （ ，（） ａ
３ 结 果 与 分 析
３１ 物相和形貌 分析 ． ３１１ 场 发射扫描 电镜分析 （ Ｅ Ｅ ． ． Ｆ Ｓ Ｍ，Ｙ ＧＢ Ｅ ） Ａ ＳＭ
本 文利用 巯基丙基 三 甲氧 基硅烷 （ Ｔ ＭＰ Ｓ）制 备表
而 富令 巯基 的活性 ＳＯ 微球 ；并 以该微球 作为基 核 ， ｉ２
运用 自组装液 相还原技 术， 制备 出纳 米银壳核 壳复 合粒
１ 引 言
纳米尺度 的银粒 子 由于其具有区别于块 体银突 出的
催化 、电磁和光 学等 性能受到 了相关研究人 员的广泛 关 注。 近来， 具有金属． 介电结构的银壳复合粒子纳米颗粒（ 如 Ｐ ／ ｇ ＳＯ ／ ｕ等） ＳＡ 、 ｉ ２ Ａ ，由于其 光学、电磁性质的可剪裁性 ， 开始受到研究 者的青 睐 ，其制备方法主要包 括层层包覆 法【、 学镀法【、 ｌ化 ｌ ２ 种子生长法【、 ｌ ３ 反胶束 法 、 声法【、 ｌ 超 ５ ｌ
学制备 技术 。 关键词 ： 纳米银壳 ；核壳复合粒 子； 自组 装液相 还原 中图分 类号 ： Ｔ ７ ．１ Ｑ１ １ ７ 文献标识码 ：Ａ 文章编 号 ：１０ ．７ １ ０ ７增 刊．１７０ ０ １ ３（ ０） ９ ２ ２ ７ ．５
SiO2＠Ag＠Au复合颗粒的制备与表征
SiO2＠Ag＠Au复合颗粒的制备与表征∗汪莉;连利仙;刘颖;孔清泉【摘要】Si O 2-金属核壳结构的粒子作为一种复合材料具有广泛的应用前景，其所含金属为贵金属时，其复合颗粒更加受到各界青睐。
通过化学镀法在纳米级SiO2表面镀上了均匀厚度的 Ag、Au 双金属层，成功制备出了SiO2＠Ag＠Au 核壳结构的复合颗粒。
并着重研究了活化工艺、还原剂滴加速度、镀液浓度对Si O 2表层化学镀的影响，同时对复合颗粒进行了SEM、XRD、EDS表征。
%As a kind of composite material,silica-metal core-shell particles have great potential and bright pros-pect in application,especially composite particles with noble metal.In this article,SiO2@Ag and SiO2@Ag@Au core-shell composite particles with uniform metal shells were successfully synthesized by electroless deposi-ting.The effect of activation process、the speed of adding reductive agent and the concentration of plating solu-tion on the electroless depositing process were researched.Besides,the composite particles were characterized by SEM,XRD and EDS.【期刊名称】《功能材料》【年(卷),期】2015(000)011【总页数】4页(P11094-11097)【关键词】SiO2;镀Ag;镀Au;化学镀;工艺控制【作者】汪莉;连利仙;刘颖;孔清泉【作者单位】四川大学材料科学与工程学院，成都 610065;四川大学材料科学与工程学院，成都 610065;四川大学材料科学与工程学院，成都 610065; 先进特种材料及制备加工技术教育部重点实验室，成都 610065;四川大学材料科学与工程学院，成都 610065【正文语种】中文【中图分类】TB3331 引言SiO2-金属核壳结构的粒子因其独特的结构和物理化学性能而受到外界的广泛关注，其在光电学、生物学等领域有着广泛的应用［1-4］。
TiO2-SiO2复合粒子的制备与表征
TiO2-SiO2复合粒子的制备与表征曹英杰;马铁成;郭江涛;郑传柯;颜世博【摘要】采用溶胶-凝胶技术通过水解法在SiO2表面包覆纳米TiO2,制备出TiO2-SiO2复合粒子.借助于傅立叶红外光谱、扫描电镜、透射电镜对其进行了表征,结果表明TiO2成功地包覆在SiO2的表面.通过采用X射线衍射定量分析方法来测量复合粒子中锐钛矿型二氧化钛的质量分数,得出当pH=2、SiO2与TiO2摩尔比10∶90、煅烧温度750 ℃为最佳制备条件;通过复合粒子和二氧化钛粒子分别对甲基橙溶液进行光催化降解的比较表明,复合粒子光催化效果比较好.【期刊名称】《大连工业大学学报》【年(卷),期】2009(028)005【总页数】4页(P343-346)【关键词】TiO2-SiO2复合粒子;溶胶-凝胶;光催化【作者】曹英杰;马铁成;郭江涛;郑传柯;颜世博【作者单位】大连工业大学化工与材料学院,辽宁大连,116034;大连工业大学化工与材料学院,辽宁大连,116034;大连工业大学化工与材料学院,辽宁大连,116034;山东银凤陶瓷集团,山东临沂371300;山东银凤陶瓷集团,山东临沂371300【正文语种】中文【中图分类】TQ134.110 引言纳米TiO2可应用于太阳能贮存与转换、光化学转换、废水处理等[1]。
由于纳米TiO2不仅具有独特的光电化学性质，而且对人体无毒害、成本低,人们采用了多种掺杂技术[2]提高纳米 TiO2光催化效率。
Mingxian Liu等人[3]利用微乳液的方法在常压下制备TiO2-SiO2复合粒子，并研究了它们的光催化性能；宋秀芹[4]和Kaifeng Yu[5]等人曾采用逐层自组装方法制备TiO2-SiO2复合粒子及TiO2粉体；R.M.Mohanmed[6]利用紫外光诱导法合成Pt-TiO2-SiO2的复合粒子。
TiO2的3种晶相中，锐钛矿结构具有良好的光催化活性，尤其是当粒径尺寸下降到纳米级，是在环保方面有广阔应用前景的光催化材料[7]。
凝胶法制备及其表征
实验三十三BaTiO3纳米粉的溶胶-凝胶法制备及其表征一、实验目的1．了解纳米粉材料的应用和纳米技术的发展。
2．学习和掌握溶胶-凝胶法制备纳米粉的技术。
二、实验原理纳米科学技术自诞生以来所取得的成就以及对各个领域的影响和渗透一直引人注目。
进入20 世纪90 年代,世界各国对纳米科学技术的研究都投入了巨大的财力和人力,作为纳米科学技术重要组成部分的纳米材料获得了巨大的发展,纳米材料广泛应用于陶瓷、生物、医学、化工、电子学和光电等领域。
由于有机纳米材料具有独特的表面效应,量子效应及局域场效应等大结构特性,表现出一系列与普通多晶体和非晶体物质不同的光、电、力、磁等性能,因此有机纳米材料的制备、结构以及应用前景的开发,将成为21 世纪材料科学研究的新热点,然而纳米材料的制备方法与手段直接影响纳米材料的结构,性能及应用,所以发展高效纳米材料制备技术十分重要。
溶胶-凝胶(sol-gel) 法是制备纳米粉的有效方法之一。
该方法的简单原理是:钛酸四丁酯吸收空气或体系中的水分而逐渐水解,水解产物发生失水缩聚形成三维网络状凝胶,而Ba2 +或Ba (Ac)2的多聚体均匀分布于网络中[1]。
高温热处理时,溶剂挥发或灼烧—Ti —O —Ti —多聚体与Ba (Ac)2分解产生的BaCO3 ( X 射线衍射分析表明,在形成BaTiO3前有BaCO3生成),生成BaTiO3[2～3]。
纳米粉的表征方法可以用X 射线衍射(X-ray diffaction ,XRD) 、透射电子显微镜(trans- mission electron microscopy ,TEM) 和比表面积测定、红外透射光谱等方法,本实验仅采用了XRD 技术。
三、主要仪器与药品钛酸四丁酯，正丁醇，冰醋酸，醋酸钡，Al2O3坩埚，马佛炉，X 射线衍射仪四、实验步骤1．溶胶及凝胶的制备准确称取钛酸四丁酯10.2108g (0.03mol) 置于小烧杯中,倒入30mL 正丁醇使其溶解,搅拌下加入10mL 冰醋酸,混合均匀。
纳米颗粒复合材料的制备与表征
纳米颗粒复合材料的制备与表征随着科技的不断发展，纳米材料已经成为材料领域的热点研究方向之一。
纳米材料具有特殊的物理、化学和生物学性质，其在能源、环境、医药等领域具有广泛的应用前景。
而纳米颗粒复合材料则是将纳米颗粒与其他材料结合起来，发挥各种材料的优势，从而实现材料性能的提升。
本文将讨论纳米颗粒复合材料的制备与表征。
一、纳米颗粒复合材料的制备方法1. 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是一种常用的纳米颗粒复合材料制备方法。
该方法通过溶胶中的化学反应使得溶液逐渐形成凝胶，然后通过热处理得到所需的复合材料。
这种制备方法适用于制备多种纳米颗粒复合材料，例如纳米金银颗粒复合材料、纳米氧化物颗粒复合材料等。
2. 真空沉积法真空沉积法是通过将纳米颗粒在真空环境下沉积在基底材料上，制备纳米颗粒复合材料。
在真空环境下，纳米颗粒大量散发的粒子能够均匀地沉积在基底材料上，形成复合材料。
这种制备方法适用于制备纳米金属复合材料、纳米合金复合材料等。
3. 水热合成法水热合成法是利用水的高温高压环境合成纳米颗粒复合材料的一种方法。
在水热合成过程中，水的高温高压条件下可以促使溶质在水中形成纳米颗粒。
该方法可以制备出具有高比表面积和优良光学性能的纳米颗粒复合材料。
二、纳米颗粒复合材料的表征方法1. X射线衍射（XRD）X射线衍射是一种常用的纳米颗粒复合材料表征方法。
通过将X射线照射到材料上，根据X射线与材料晶体结构相互作用的特性，可以得到材料的晶体结构信息，如晶胞常数、晶体结构等。
这对于研究纳米颗粒复合材料的晶体形貌和晶体性质具有重要意义。
2. 透射电子显微镜（TEM）透射电子显微镜是一种用来观察纳米颗粒复合材料的微观结构和形貌的表征方法。
通过透射电子显微镜，可以观察到纳米颗粒的大小、形状和分布情况，进而揭示其微观结构和性质。
此外，透射电子显微镜还可以用于观察纳米颗粒复合材料的界面结构和化学组成。
3. 热重分析（TGA）热重分析是一种用来研究纳米颗粒复合材料热稳定性和热分解性的表征方法。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第29卷第1期 硅 酸 盐 通 报 Vol .29 No .1 2010年2月 BULLETI N OF T HE CH I N ESE CERAM I C S OC I ETY February,2010 Ag /S iO 2复合颗粒的溶胶2凝胶法制备与表征李贵安,邓仲勋,焦 飞,张亚娟,朱庭良(陕西师范大学物理学与信息技术学院,西安 710062)摘要:采用溶胶2凝胶法(Sol 2gel )制备了不同形貌结构的纳米掺银复合颗粒。
分析了掺银二氧化硅复合颗粒的形成机理,并采用透射电子显微镜(TE M )、扫描电子显微镜(SE M )、X 射线衍射仪(XRD )、红外(FT 2I R )及紫外可见(UV 2V is )光谱仪等手段对Ag/Si O 2复合颗粒的形貌结构进行了表征和分析。
结果表明:复合颗粒(290n m )尺寸均匀,近似球状,银颗粒(4n m )均匀分布在二氧化硅表面,硅烷偶联剂KH 2550影响了银粒子在复合颗粒中的分布状态,对Si 2O 2Si 网络结构也有一定的影响,同时有效抑制了复合颗粒的团簇程度。
关键词:银;二氧化硅;硅烷偶联剂;纳米复合颗粒中图分类号:T B333 文献标识码:A 文章编号:100121625(2010)0120017204Prepara ti on and Character i za ti on of Ag /S iO 2Com positeGra i n s by Sol 2gel TechnologyL I Gui 2an,D EN G Zhong 2xun,J IAO Fei,ZHAN G Ya 2juan,ZHU Ting 2liang(College of Physics and I nf or mati on Technol ogy,Shaanxi Nor mal University,Xi’a n 710062,China )Abstract:The silver 2silica composite grains with different structures were p repared by Sol 2gel technol ogy .The f or mati on mechanis m was analyzed,the structures of composite grains were characterized by trans m issi on electr on m icr oscope (TE M ),scan electr on m icr oscope (SE M ),X 2ray diffracti on (XRD ),Fourier transf or m infrared s pectr ometer (FT 2I R )and ultravi olet 2visible s pectr oscopy (UV 2V is ).The results indicated that the average size of composite grains (290nm )was homogeneous and the f or m was si m ilar t o s phericity;and Ag grains (4n m )which were linked on the surface of silica were als o homogeneous distributi on .I n additi on,the distributi on of Ag grains on the surface of silica were affected by silane coup ling agent KH 2550,the net w ork syste m of silica Si 2O 2Si was affected definitely by silane coup ling agent KH 2550,which contr oled effectively the cluster degree of composite grains .Key words:Ag;silica;silane coup ling agent;composite nanoparticles基金项目:国家自然科学基金资助项目(60678005);陕西省自然科学基础研究计划资助项目(2006F39)作者简介:李贵安(19662),男,教授.主要从事光学材料的合成制备及性能研究.E 2mail:liguian66@ 1 引 言纳米Ag 颗粒因其特有的光、电、磁和催化特性以及在抗菌领域中的广泛应用而成为纳米材料研究领域中的热点课题之一[123]。
纳米Ag 粒子通常被负载于某些材料表面,而使该材料表面具有纳米Ag 粒子的特性,这是制备掺Ag 纳米材料的一种简单有效的方法[4]。
纳米Si O 2是一种无毒、无味、无污染的非金属材料,由于其具有独特的优点,被广泛作为载体材料来制备各种纳米复合材料[5,6],如高分子复合材料,电子封装材料,催化剂和医药载体复合材料等。
最近研究表明,人们通常利用光化学还原法[7]、超声化学法[8]、表面18 专题论文硅酸盐通报 第29卷沉积法[9]及溶胶2凝胶法[10,11]等来制备纳米复合材料。
由于纳米Ag 颗粒的表面活性较高,因而颗粒团聚比较严重,即使得到了细小而且分散性好的Ag 纳米粒子,在应用过程中也普遍存在稳定性不够的问题[12]。
在二氧化硅纳米掺银复合颗粒材料的制备研究中,有效防止纳米粒子的团聚,控制粒径在所需要的范围且保持稳定始终是研究的关键问题之一。
本文提出一种制备掺银二氧化硅纳米复合颗粒的新方法,即采用溶胶2凝胶法,在二氧化硅形成的过程中,利用硅烷偶联剂KH 2550的特殊结构将银均匀的分布在二氧化硅表面,再通过甲醛还原,最终制得了纳米银掺杂二氧化硅复合颗粒。
此制备方法不仅缩短了反应周期,还有效地改善了二氧化硅网络,控制了复合颗粒的团聚现象,使制备的Ag 纳米粒子粒径小、分布均匀一致,分析了掺银二氧化硅复合颗粒的形成机理,结合XRD 、TE M 、FT 2I R 等手段对制得样品进行分析和表征,研究了复合颗粒的形貌结构,为掺银二氧化硅复合材料工业化的实际应用提供了重要的参考信息。
2 实 验2.1 试剂与仪器试剂为正硅酸乙酯(分析纯,西安化学试剂厂)、乙醇(分析纯,西安三浦精细化工厂)、硝酸银(分析纯,西安稀有金属新材料股份有限公司)、硝酸(分析纯,西安三浦精细化工厂)、甲醛(分析纯,成都金山化学试剂有限公司)、浓氨水(分析纯,西安化学试剂厂)、硅烷偶联剂KH 2550(分析纯,上海耀华化工厂)、自制去离子水等.所有试剂实验前未经处理。
采用美国FE I 公司的Quanta200环境扫描电子显微镜(SE M )和日本电子公司的JE M 22100透射电子显微镜(TE M ,加速电压为120k V )观察样品的形貌、结构、颗粒大小;用日本理学公司D /Max2550型X 衍射仪(XRD ,Cu,40k V /50mA )对样品进行晶型检测;用美国尼高力仪器公司Avatar 360E .S .P .FT 2I R 傅立叶变换红外光谱仪进行光谱表征,固定样品K B r 压片制样,扫描范围为4000～400c m -1。
2.2 样品的制备样品采用溶胶2凝胶法制备:将0.24g 硝酸银溶于20mL 的乙醇溶液中,添加一定量的KH 2550,形成KH 2550/Ag +配合物,此溶液记为A 液;将TE OS (4.2mL )加入到乙醇(30mL )中搅拌均匀,记为B 液;将5.5mL 的氨水跟7.2mL 去离子水加入到20mL 乙醇中搅拌均匀,记为C 液;再将B ,C 液混合反应8h,之后加入A 液,反应30m in,再滴加微量甲醛,搅拌1h,将所得溶胶避光恒温静置直到形成凝胶,然后将凝胶在常温下干燥36h 即得到银二氧化硅纳米复合颗粒。
3 结果与讨论3.1 形成机理实验中载体二氧化硅来自正硅酸乙酯的碱催化水解与聚合反应,银粒子来自硝酸银的还原。
按照本实验试剂加入顺序,首先是正硅酸乙酯水解聚合生成二氧化硅的反应,然后是硝酸银还原反应,通过在混合溶液中添加硅烷偶联剂KH 2550可使银粒子均匀分布在二氧化硅周围。
硅烷偶联剂KH 2550的化学式为NH 22(CH 2)32Si (OC 2H 5)3,它具有两种性质不同的有机官能团和可水解基团,即1个氨基和3个乙氧基,氨基能与Ag +形成配合物Ag +[NH 22(CH 2)32Si (OC 2H 5)3],KH 2550的水解如下所示:NH 22(CH 2)32Si (OC 2H 5)3+H 2O ϖNH +32(CH 2)32Si (OH )3+OH2偶联剂中的可水解基团水解后生成的硅烷醇与二氧化硅粒子表面的羟基形成的Si 2O 2Si 键中,硅与氧之间的结合力要大于硅与羟基结合的硅氧之间的结合力,因此硅烷偶联剂可与二氧化硅粒子发生反应,起到改性的作用。
实验中先使TEOS 在碱催化下发生水解生成球形二氧化硅晶核,然后将配合好的KH 2550/Ag +溶液与TEOS 溶液混合,这样做的顺序可减少粒子间的团聚,提高复合颗粒的均匀分散性。
KH 2550的乙氧基水解形成硅醇集团,硅醇基团与二氧化硅晶核表面的羟基形成很强的氢键,通过进一步的缩聚反应使得KH 2550/Ag +与二氧化硅结合起来,此时硅烷偶联剂KH 2550便起到了偶联的作用,将Si O 2与Ag +连接在一起,形成了Si O 2/KH 2550/Ag +的结构,随着反应的进行,Ag +便不断的掺杂在Si O 2中,40m in 后,Ag +/ 第1期李贵安等:Ag/Si O 2复合颗粒的溶胶2凝胶法制备与表征19 Si O 2复合颗粒形成后再缓慢的滴加甲醛溶液,甲醛分子通过二氧化硅表面的微孔道进入内部,将掺杂在其中的Ag +还原为Ag,最终获得了Ag/Si O 2复合颗粒。
3.2 复合颗粒X 射线分析图1为复合颗粒的X 射线衍射图。
由图1可知,在2θ为22°处为二氧化硅特征衍射峰,表明基体为无定型二氧化硅结构;图1a 为未加KH 2550样品的XRD 图,从图中看不到银的主特征峰,仅为无定型的二氧化硅;从图1b 中可以看到银的主特征峰:(111)、(200)、(222)、(311),并且由此可以看出银为面心立方结构,峰位与标准卡片(JCP DS file,No .0420783)一致。
由此可以证明,不加KH 2550,不能获得掺银二氧化硅的复合颗粒。