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1、( 此文档为 word 格式，下载后您可任意编辑修改！)纳米二氧化硅的制备与表征Preparation and Characterization of Silica Nanoparticles目录中文摘要 、关键字英文摘要 、关键字. . .引言1第 1 章绪论11.1纳米材料11.2纳米二氧化硅的性能及应用11.3制备纳米二氧化硅的原料31.4纳米二氧化硅的制备方法4干法制备纳米二氧化硅4微乳液法制备纳米二氧化硅5溶胶凝胶法制备纳米二氧化硅6超重力法制备纳米二氧化硅7沉淀法制备纳米二氧化硅7由稻壳提取高二氧化硅81.5纳米二氧化硅的表面改性81.6改性纳米二氧化硅的应用9橡胶制品90功能涂料
2、9塑料制品添加剂9改性纳米二氧化硅在其他方面的应用.9第 2 章实验部分112.1实验材料与方法11实验仪器与药品11实验方法112.2实验步骤12母体原料的选择12溶剂的选择12制备工艺的选择12溶胶凝胶法制备SiO2 负载金属 ( Fe、Mo) 催化剂性能的研究表征.13第 3 章结果与讨论143.1各种因素对制备二氧化硅气凝胶的影响.14乙醇用量对凝胶时间的影响14温度对凝胶时间的影响14水解度对凝胶时间的影响15PH 对凝胶时间的影响163.2FeSiO2 催化剂 XRD 、 IR 表征分析 .173.3Mo SiO2 催化剂 XRD 、 IR 表征分析18结论21致谢22参考文献23
3、纳米二氧化硅的制备与表征摘 要：纳米二氧化硅的比表面积大 , 表面存在大量不饱和残键及不同键合状态的羟基 , 纳米二氧化硅球形颗粒在光子晶体、催化剂载体、精密陶瓷材料、橡胶、涂料、色谱填料及高分子复合材料等许多技术领域有着非常广泛的应用前景。本文以正硅酸乙酯为前驱物，通过溶胶凝胶法制备纳米二氧化硅，溶胶 -凝胶方法最主要的物理化学过程是由溶胶变成凝胶的阶段要发生水解缩聚反应，而水解反应和缩聚反应是一对同时进行的竞争反应。对于一定的体系，影响反应动力学的外部条件是多方面的，水解聚合反应的条件是影响聚合物的结构和尺寸的重要因素。本文研究了溶剂（水和乙醇）的用量，温度及溶液酸度对溶胶凝胶化时间的影响
4、。并用红外光谱仪， X 射线衍射仪表征了用溶胶凝胶法制备的二氧化硅负载金属铁与负载金属钼。关键词： 纳米二氧化硅溶胶凝胶法制备表征Preparation and Characterization of Silica NanoparticlesAbstract： Nano-silica dioxide spherical particles are widely used in many fields of advanced technology, such as photonic crystals, catalyst supports, accurate ceramic material, r
5、ubber, coating material, chromatogram packing materials and this article, nano-silica was prepared by sol-gel method which used tetraethal orthosilicate as precursor. The most important physical and chemical processes of sol-gel method is that reactionswill occur into the prase by the sol into a gel
6、, but the and polycondensation reaction is a pair of simultaneous competitive reaction. For a given system, the external conditions affecting the reaction kinetics are many, conditions are the important factors affecting the polymer structure and size. In this paper, the amount ofthe solvent (water
7、and ethanol), temperature and solution acidity on the impact of the sol-gel time were discussed.By infrared spectroscopy,X-ray diffraction and differential thermal analysis characterized by silica sol-gel iron load and load Mo.Key words: nano-silica sol-gel methodpreparationcharacterization引言纳米材料的制备
8、方法多种多样，且随着科技的发展，不断会有新的方法被开发出来。然而纳米材料的制备技术与其应用相比，仍显得进展缓慢。虽然纳米二氧化硅已经能够批量生产，为其在实际生产的广泛使用打下良好的基础，但它作为一种高科技材料，仍然面临着许多问题。如怎样解决纳米二氧化硅的团聚间题，使其均匀分散 ; 如何有效地控制二氧化硅粒径和形貌 ; 如何降低成本，使适合大规模生产等等。与同组成的大颗粒相比，纳米粉体往往具有许多其它结构材料无法比拟的特性，如超塑性、高强性、大磁阻、大比表面积、低热导性、不寻常的软磁性等。纳米材料的这些特性，使其在电子、冶金、航天、生物和医学等方面有着广阔的应用前景。 80年代初，随着纳米材料的
9、问世，纳米材料的制备和性质的研究已成为科学领域内一个极具活力的热点。 这种新材料引起了人们的极大关注，各国纷纷开展这方面的研究，西方发达国家已经把它的研制开发工作作为一项重要的战略任务。如今，纳米材料的制备和性质的研究已成为科学领域内一个极具活力的热点。纳米颗粒因其特有的表面效应、量子尺寸效应、小尺寸效应以及宏观量子隧道效应等导致其产生了许多独特的光、电、磁、热及催化等特性，在许多高新科技领域如陶瓷、化工、电子、光学、生物、医药等方面有着广阔的应用前景和重要价值。在纳米技术中，纳米材料的制备是关键技术之一。该项技术追求的是材料制备过程简单，材料定向及尺度的可控制性。目前用于制备纳米材料的方法层
10、出不穷，主要包括气相法、电弧法、等干法和沉淀法、溶胶 - 凝胶法、微乳液法、超重力反应法等湿法。对所制材料的结构进行有效控制是纳米技术的难点， 其中溶胶 - 凝胶法因产物颗粒均一 , 过程易控制 , 所得产品具有较大的比表面积等优点，近年来引起了人们的极大兴趣。第1章绪论1.1纳米材料纳米材料是指由极细晶粒组成，特征维度尺寸在纳米量级(1 l00 nm) 的固体材料 1 ，是原子物理、凝聚态物理、胶体化学、配位化学、化学反应动力学和表面、界面科学等多种学科交汇而出现的新的学科。纳米材料包括纳米无机材料、纳米聚合物材料、纳米金属材料、纳米半导体材料及纳米复合材料等。纳米材料具有三个共同的结构特点
11、：（1）纳米尺度的结构单元或特征维度尺寸在纳米数量级；（2）存在大量的界面或自由表面；（3）各纳米单元之间存在着或强或弱的相互作用。由于这类材料的尺度处于原子簇和宏观物体的交界区域，因而具有表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应，并产生奇异的传统材料和器件所没有的电学、磁学、光学、吸附、催化以及生物活性等特殊性能2 ( 如 SiO2 具有优良的绝缘性，而达到20 nm 时却开始导电 3 ) 。自 70 年代纳米颗粒材料问世以来，80 年代中期在实验室合成了纳米块体材料，至今已有20 多年的历史，但真正成为材料科学和凝聚态物理研究的前沿热点是在 80 年代中期以后。1.2纳米二氧化
12、硅的性能及应用纳米二氧化硅的性能图 1.1 纳米二氧化硅三维结构纳米二氧化硅为无定型白色粉末，是一种无毒、无味、无污染的非金属材料，其微观结构近似球形 , 颗粒表面存在不饱和的残键及不同键合状态的羟基, 其分子状态是三维链状结构 4 。它具有许多独特的性质5 ：例如具有量子尺寸、 量子隧道效应 , 具有特殊的光、 电特性与高磁阻现象 , 非线性电阻现象以及高温下仍具有的高强、高韧、稳定性好等奇异特性。这些独特的性质使它具有抗紫外线的光学性能；可提高材料的抗老化性和耐化学性; 可提高材料的强度、弹性, 具有吸附色素离子 , 降低色素衰减的作用等, 可广泛应用于催化剂载体、橡胶、造纸、塑料、粘结剂
13、、高档填料、涂料、光导纤维、精密铸造等产品中 , 几乎涉及所有应用二氧化硅粉体的行业。纳米二氧化硅的应用纳米二氧化硅比表面积大,表面存在大量不饱和残键及不同键合状态的羟基, 广泛的应用于塑料、橡胶、纤维、涂料、生物技术等各种领域。纳米二氧化硅应用于塑料中，利用它透光、粒度小的特性，可使塑料变得更致密，使塑料薄膜的透明度、强度、韧性和防水性能大大提高；纳米二氧化硅应用于橡胶中，利用它补强和抗色素衰减的特性，将其分散在橡胶中，使制出彩色橡胶成为可能，从而改变传统橡胶的单一黑色；纳米二氧化硅应用于纤维中，可制成杀菌、防霉、除臭、抗静电和抗紫外线辐射的布料，可用于制作抗菌衣物和强烈紫外线照射地区的着装
14、，满足医疗和国防的需求； 纳米二氧化硅应用于涂料中，可提高其抗老化性能，其悬浮稳定性、流变性、表面硬度、涂膜的自洁能力也都有显著改善；纳米二氧化硅应用于生物技术领域中，可制出纳米药物载体、纳米抗菌材料、纳米生物传感器、纳米生物相容性人工器官以及微型智能化医疗器械等，这将在疾病的诊断、治疗和卫生保健方面发挥重要作用6 。1.3制备纳米二氧化硅的原料在众多研究者的不断努力下 , 二氧化硅粉体在制备方法的研究上有了长足发展 , 以不同的原材料为基础 , 形成了许多各具特色的制备方法 ( 见表 1.1) , 极大地促进了二氧化硅粉体的应用与自然资源的有效利用。目前 , 国内外对纳米二氧化硅的研究主要采
15、用硅酸钠和正硅酸乙酯为原料, 而工业生产的原料则以低廉的硅酸钠为主。部分研究者为了实现资源的回收利用 , 利用煤酐石、稻壳等废弃物为原料 , 成功制备了纳米二氧化硅 ; 我们亦可以尾矿为原料制备纳米二氧化硅 ,达到变废为宝的目的。利用各种硅含量较高的废弃物为原料制备纳米二氧化硅 , 为部分废弃物提供了现实可靠的出路 , 实现资源增值 , 缓解了工业生产对环境所造成的压力。表1.1不同原料的二氧化硅的制备方法原料制备方法二氧化硅机械粉碎法、氟化法有机卤硅烷（如四氯化碳）气相法、水解法硅酸盐（如硅酸钠）化学沉淀法、溶胶凝胶法、固相反应法、微乳液法、超重力沉淀法硅酸酯（如正硅酸乙酯）溶胶凝胶法、微乳
16、液法稻壳热解法硅溶胶喷雾干燥法、沉淀法硅灰石溶胶凝胶法粉煤灰水解法硅藻土沉淀法煤酐石沉淀法高岭土煅烧转化法埃洛石酸析沉淀法蛇纹石凝胶法钙基膨润石喷雾干燥法蛋白石酸浸法1.4纳米二氧化硅的制备方法二氧化硅的制备按工艺可分为干法和湿法两大类。干法包括气相法和电弧法，湿法有沉淀法、溶胶 - 凝胶法、微乳液法、超重力反应法等。干法工艺制备的产品虽然具有纯度高，性能好的特点，但生产过程中能耗大，成本高。相比而言，湿法所用原材料广泛、价廉，产品经过硅烷偶联剂化学改性后，补强性能接近于炭黑7 。无论采用哪种方法，人们追求的目标是相同的，即制备出粒度均匀、分布窄、纯度高、分散性好、比表面积大的超细纳米二氧化硅
17、。干法制备纳米二氧化硅干法生产工艺的原料一般采用有机卤硅烷、氧( 或空气 ) 和氢，在高温下反应制备纳米二氧化硅。以四氯化硅为例，其反应式为:SiCl4 + (n+2) H 2 + (n2+1) O2 SiO2?nH 2O + 4HC1（1-1 ）干法中还有硅砂和焦炭的电弧加热法，有机硅化合物分解法等。主要流程是: 将上述硅化合物在空气和氢气中均匀混合，于高温下水解，再通过旋风分离器，分离出大的凝集颗粒，最后脱酸制得气相SiO2，其反应式为 :2H 2 + O2 + 硅化合物 气相 SiO2 + 4H +（1-2 ）段先健 8 等利用一定的比例氧气、氢气和有机卤硅烷，连续地输进燃烧喷嘴，在反应
18、室中燃烧反应 ; 同时在反应室中输人一种保护气体; 卤硅烷利用燃烧生成的水以及产生的热量进行高温水解缩合反应; 反应产物经过聚集、气固分离、脱酸等后处理工艺，得到的纳米 SiO2，其原生粒径在 7 40 nm 之间，比表面积在 100 400 m2 之间。该工艺的特点g是 : 它因采用燃烧喷嘴和反应室，可防止生产过程中纳米SiO2 在反应室壁上的沉积，提高了生产的连续性以及产品的稳定性 ; 又因采用了燃烧脱酸工艺，同时通人水蒸气和惰性气体，保证脱酸后产品的 pH值为 3.8 4.5 之间，整个生产过程形成一个封闭的系统，没有粉尘污染， SiO2 的收率大于 99% 。微乳液法制备纳米二氧化硅微
19、乳液通常由表面活性剂、助表面活性剂、油、水组成, 剂量小的溶剂被包裹在剂量大的溶剂中形成一个个纳米级的、表面由表面活性剂组成的微泡。微乳液法就是通过向由前驱物制得的微乳液中滴加酸化剂或催化剂, 使制备反应在微乳液泡内发生, 利用微乳液使固相的成核生长、凝结、团聚等过程局限在一个微小的球形液滴微泡内, 从而形成纳米球形颗粒 , 又避免了颗粒之间进一步团聚, 易实现粉体粒径的可控性生产。 微乳液在整个制备过程中是作为一个微反应器和模板, 其制备效果对产品的质量起了关键作用。为了能够达到理想的效果 , 配制微乳液所选取的表面活性剂的 HLB( 亲水亲油平衡值 ) 应该与微乳液中油相的 HLB 相匹配
20、 , 同时 , 综合运用多种表面活性剂可使微乳液更加稳定9 。此外 , 助表面活性剂和油相也起着十分重要的作用, 油的碳原子数加上助表面活性剂的碳原子数等于表面活性剂的碳原子数是微乳液形成的最佳条件10 。如果采用高速搅拌器或超声波等混合手段 , 更能在最短的时间内制得液滴最为均一且尺寸为纳米级的微乳液11 。通过微乳液 , 再结合适当的后处理工序 , 将可以制得形貌及粒径都较为均一的纳米二氧化硅粉体。微乳液法作为一种新兴的制备方法 , 由于其具有纳米级的自装配能力, 易于实现粒径与形貌的可控性制备而引起众多研究者的兴趣, 成为近年的研究热点。但是由于其成本高、产品的有机成份难以去除且易造成环
21、境污染, 而尚未在工业上广泛应用。 为了实现工业化生产 , 在工艺上尚需进一步研究 , 实现有机组分的分离与回收 , 以及寻求有效的途径实现去除产品有机杂质的同时防止颗粒团聚等。王玉琨 12 等以 TritonX-100 正辛醇环己烷水 ( 或氨水 ) 形成微乳液，在考察该微乳液系统稳定相行为的基础上，由正硅酸乙酯 ( TEOS ) 水解反应制备纳米粒子。该工艺的分析结果表明 : 选择适当的 R( 水与表面活性剂量比 ) 和 h( 水与正硅酸乙酯量比 ) ，可以合成具有无定形结晶的疏松球形纳米级控制，在 R= 6.5 ,SiO2 粒子，且反应后处理较简便。 粒径大小则可由改变R 和 h,+xR
22、OH M(OR)n-x(OR )x+xROH（2-1 ）醇解反应在醇盐合成和溶胶-凝胶法中调整醇盐原料的溶解性、水解速率等方面有其广泛的应用。基于上述原因，本实验研究确定选用正硅酸乙酯（TEOS ）的母醇，乙醇作为溶胶 -凝胶过程中的溶剂。制备工艺的选择溶胶 -凝胶法在材料的化学合成中有其独到的优越性，特别是在 SiO2 气凝胶的制备工艺中，国内外一般是先用溶胶 -凝胶法制备出 SiO2 湿凝胶。在本章中 SiO2 气凝胶制备方法研究中，采用溶胶 -凝胶法制备湿凝胶，选用稀硝酸作催化剂，并对成胶特性及影响因素进行研究。溶胶凝胶法制备SiO2 负载金属（ Fe、Mo）催化剂性能的研究表征称取一定
23、量的金属盐（ AR ）溶于 15ml 去离子水中，然后加入 0.5 molL 柠檬酸 18ml 调节 pH 值在 23 之间；分别量取 21 ml 正硅酸乙酯和 22 ml 无水乙醇，制成正硅酸乙酯的醇溶液。然后用金属盐水溶液缓慢滴加到正硅酸乙酯的醇溶液中，将混合溶液在室温下搅拌1。（ 2）红外光谱扫描 （ IR ）实验在美国 PerkinElmer 公司红外光谱仪上进行 IR 扫描。使用天津光学仪器厂生产的 FW-4A 型压片机进行压片，背景样品为 KBr 。扫描参数为：扫描次数 32；扫描范围 3507800-1-1。cm；分辨率 ： 优于 0.8 cm称取一定量的硝酸铁 （ AR ）溶于
24、 15 ml 去离子水中， 在催化剂的制备中使用硝酸铁水溶液缓慢滴加到正硅酸乙酯的醇溶液中，制备 FeSiO2 催化剂。在催化剂的制备中使用钼酸铵水溶液缓慢滴加到正硅酸乙酯的醇溶液中，制备MoSiO 2 催化剂。再分别使用XRD 、IR 手段对 FeSiO2 催化剂和 MoSiO 2 催化剂进行表征。第 3 章结果与讨论3.1各种因素对制备二氧化硅气溶胶的影响溶胶 -凝胶方法最主要的物理化学过程是由溶胶变成凝胶的阶段要发生水解缩聚反应，而水解反应和缩聚反应是一对同时进行的竞争反应。对于一定的体系，影响反应动力学的外部条件是多方面的，水解聚合反应的条件是影响聚合物的结构和尺寸的重要因素。本章研究
25、了溶剂（水和乙醇）的用量，温度及溶液酸度对溶胶凝胶化时间的影响。乙醇用量对凝胶时间的影响乙醇的用量会影响到凝胶化时间，用量少凝胶化时间短， 但是聚合效果不好， 用量大，长时间不结胶，不利于实验开展，所以适当的乙醇量有利于实验的顺利进行。乙醇用量对凝胶化时间的影响如表3.1 所示。表 3.1 乙醇用量对凝胶化时间的影响（pH=3,EthanolTEOS=5 ）Table 3.1The effect of EthanolTEOS to gel time （ pH=3,EthanolTEOS=5）样品号EthanolTEOS （摩尔比）凝胶化时间 (h)A-1215A-2420A-3523A-463
26、0A-5850A-616300可见在其他条件不变的情况下，乙醇用量的增大会引起凝胶化时间变长。这是由于乙醇对溶液有稀释作用，聚合物形成的网络也相对比较稀疏。乙醇原则上不参加反应，它只在网络孔道中占据一定体积。由于气凝胶能基本保持其在凝胶态时的网络结构不变，因此可以通过改变乙醇的用量来调节所期望的气凝胶的密度，虽然使用过量的水也有类似的作用，但由于过多的水会因为与TEOS 不完全互溶而沉于容器底部，所以不宜采用。温度对凝胶时间的影响温度对凝胶化时间的影响较大，选择合适温度显得尤为重要。表3.2 为老化温度对凝胶化时间的实验数据。表 3.2 温度对凝胶化时间的影响（ pH=3,EthanolTEO
27、S=5 ）Table 3.2The effect of temperature to gel time （ pH=3,EthanolTEOS=5 ）样品号温度（）凝胶化时间 (h)B-13020B-24010B-3504B-4602B-5701.5B-6801可见在其他条件不变的情况下，温度的上升会引起凝胶时间变短。这是由于温度的升高加速了反应的进行，但是时间过短， SiO2 的网络结构强化不好，时间过长，又不利于实际应用，所以 40下老化比较适宜。水解度对凝胶时间的影响SiO2 凝胶的生成是 TEOS 的水解和缩聚反应来完成的， 因此，在反应物原料配比中加入水量的多少将对凝胶化时间产生影响。
28、用摩尔比H 2OTEOS （水解度）表示加水的相对量，实验结果列于表3.3。表 3.3 水解度对凝胶化时间的影响（ pH=3,EthanolTEOS=5 ）Table 3.3The effect of H 2OTEOS to gel time （ pH=3,EthanolTEOS=5）样品号H 2 OTEOS （摩尔比）凝胶化时间 (h)C-12330C-2418C-3613C-4810C-5108C-6147C-7206为了使 H 2O 与 TEOS 更好的混合，每次试验加入等量的乙醇。 实验中，固定溶液 pH=3，摩尔比 EthanolTEOS=4.5。实验表明，不同的用水量对凝胶时间影响
29、很大。由于在水解反应中，正硅酸乙酯 Si(OC2H 5)4 中的一个 -OC 2H 5 基团被 -OH 取代后，剩余的 -OC 2H 5 基团反应活性低于开始时被取代的那个-OC 2H 5 基团。因此，在水量不足的情况下，生成水解度最低的水解产物 (OC 2H 5)3Si-OH ，然后聚合成 (OC 2H5 )3Si-O-Si(OC 2H5)3 ，如果水量继续增加，可导致 (OC 2H 5)3Si- O-Si(OC 2H 5)3 进一步水解而得到链状聚合物。当水量较大时，使得链状聚合物中剩余的-OC 2H 5 基团水解，得到具有支链的或三度空间网络结构的聚合物，因此凝胶化时间缩短。从图中可见，
30、当H 2OTEOS>4 时，凝胶化时间已明显缩短；用水量进一步增大，凝胶化时间有变短的趋势。这是由于过量的水促进了水解反应速度。从反应方程式看，一个Si(OC 2H 5)4 完全水解需 4 分子水，而每两个 -OH基团之间聚合反应又会脱下一个水分子。因此考虑到反应速度等因素，本实验选用水解度为 1020。pH 值对凝胶时间的影响上述反应在室温下非常缓慢，通常需要几天才能完成。由于这个原因，反应须加入酸或碱催化剂，使用的催化剂的量和种类，会对最终的气凝胶产品的微结构及物理性能产生重要影响。酸催化剂一般使用盐酸，碱通常使用氨水。用酸作催化剂制备的气凝胶在超临界干燥时经常出现较大的收缩，并且透
31、明性比用碱作催化剂制备的气凝胶要差。本实验用稀硝酸和氨水调节溶液的pH 值，稀硝酸和氨水起着催化剂的作用。实验确定 TEOS : Ethanol : Water = 1:5:10，实验结果列于表 3.4。表 3.4 pH 值对凝胶化时间的影响（ pH=3,EthanolTEOS=5 ）Table 3.4The effect of pH to gel time （ pH=3,EthanolTEOS=5 ）样品号pH凝胶化时间 (h)D-1168D-2250D-3430D-4640D-5864D-610200实验表明，无催化剂时， TEOS 水解缓慢，而稀硝酸的加入，H +离子促进了 TEOS 的
32、水解反应，因此凝胶化时间缩短。在碱性条件下，OH - 离子使 TEOS 迅速发生水解反应，并产生硅酸沉淀。因此，能迅速形成许多相对致密的 SiO2 胶体颗粒。所以在碱性条件下，溶液往往会产生混浊，大量硅酸的沉淀以及 SiO2 胶体颗粒的生成对溶胶网络的形成很不利。实验表明，当 pH>10，凝胶产生时间明显过长。3.2 FeSiO2 催化剂 XRD 、IR 表征分析b)%802(1641nois 3473simsnaar1080T1641796345210894000350030002500200015001000500Wavenumber(cm-1 )图 3.1FeSiO 2催化剂的 I
33、R 谱图Fig.3.1 IR spectra of 10% Fe content FeSiO 2 catalyst(a)SiO 2 , (b)10%FeSiO 2从图 3.1中可知， Si-O-Si 中化学键的振动在大约是1089 cm-1的位产生一个很强的吸收带。而在样品中 Si-O-Si 中化学键的振动向低波速方向移动，在1080 cm-1的位产生一个很强的吸收带，这也说明了Fe 的加入产生了一定的影响。ba102030405060702图 3.2 FeSiO 2催化剂的 XRD 谱图XRD spectra of 10% Fe content FeSiO 2 catalyst(a) SiO
34、 2, (b)10%FeSiO 2从图 3.2中可以看出 FeSiO2催化剂在 2=23°附近出现弥散的特征峰， 与未掺杂 Fe催化剂相比变化不大。3.3MoSiO 2 催化剂 XRD 、IR 表征分析b)16397963450%(noiss1083imsnaarT16417963452108940003500300025002000-1 15001000500Wavenumber(cm)图 3.4 MoSiO 2催化剂的 IR 谱图Fig. 3.4IR spectra of 15% Mo content MoSiO2 catalyst(a) SiO2, (b)15%MoSiO 2使
35、用傅立叶变换红外仪，对产品进行红外光谱分析，光谱图见图3.4。在3450 cm-1，由于 O-H 键的伸缩振动，有一个即强又宽的吸收带。而在1639 cm-1可以看到一个弱的 O-H 弯曲振动产生的吸收带。 吸附水和样品表面羟基是这两个吸收带产生的原因。Si-O-Si中化学键的振动在大约是 1089 cm-1的位产生一个很强的吸收带。 而在样品中 Si-O-Si中化学键的振动向低波速方向移动，在 1083 cm-1的位产生一个很强的吸收带，这也说明了 Mo 与载体之间存在着一定的作用。ba102030405060702图 3.5 MoSiO 2催化剂的 XRD 谱图Fig. 3.5XRD sp
36、ectra of 15% Mo content MoSiO2 catalyst(a)SiO 2, (b)15%MoSiO 2从图 3.5 中可以看出， a 谱线为 SiO2 的 XRD 谱图， b 谱线为 SiO2 负载 Mo 后的 XRD谱图， Mo-SiO 2 催化剂在 2=23°附近出现弥散的特征峰， 在 2=23.3 °位置出现尖锐晶体特征峰，应该是 MoO 3 特征峰。其他位置与未掺杂Mo 催化剂相比变化不大。结论本论文研究了溶剂（水和乙醇）的用量，温度及溶液酸度对溶胶凝胶化时间的影响。在实验中，固定溶液 pH=3，摩尔比 EthanolTEOS=4.5，取 H2
37、OTEOS（摩尔比）分别为 2，4，6，8，10， 14，20 时，得出当 H 2OTEOS>4 时，凝胶化时间已明显缩短；用水量进一步增大，凝胶化时间有变短的趋势。当实验确定TEOS : Ethanol : Water = 1:5:10 ，调节pH 分别为 1， 2，4，6，8，10 时，得出无催化剂时， TEOS 水解缓慢，而稀硝酸的加入， H +离子促进了 TEOS 的水解反应，因此凝胶化时间缩短。 在碱性条件下， OH -离子使 TEOS 迅速发生水解反应，并产生硅酸沉淀。当 pH>10，凝胶产生时间明显过长。当在其他条件不变的情况下，调节 EthanolTEOS（摩尔比）
38、分别为 2，4，5，6，8，16 时，得出乙醇用量的增大会引起凝胶化时间的变长。 当在其他条件不变的情况下， 调节温度分别为 30，40，50，60，70，80 时，得出温度的上升会引起凝胶时间变短，由于温度的升高加速了反应的进行，但是时间过短， SiO2 的网络结构强化不好，时间过长，又不利于实际应用，所以下老化比较适宜。通过对2 催化剂和 MoSiO 2 催化剂的表征，可以看出Fe 和40FeSiOMo 的负载对二氧化硅的化学性质和物理学性质产生一定的影响，但影响不大。参考文献1 张立德，牟季美 .纳米材料和纳米结构 M. 北京 :科学出版社 , 2001.3 Zilg C, Reiche
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