SiO-%2c2--PEG溶胶SAXS研究.pdfVIP

234 催化剂制备科学与技术进展 Si02一PEG溶胶的SAXS研究+ 李志宏孙继红昊东 孙予罕 (中国科学院山西煤炭化学研究所煤转化国家重点实验室t太原030001) 柳义生文君董宝中 (中国科学院北京高螗物理研究所同步辐射实验室，北京100039) 溶胶一凝胶方法(S0l—Gel)广泛地应用于Sioz纳米材料的制备。在碱性催化条件下，用 s01．Gel法制各的多孔si0。具有较高的抗激光损伤闻值。聚乙二醇(PEG)起模板剂和改性剂 的作用。用SAxs研究溶胶体系，可得许多结构信息，探讨了这些参数的变化规律以及PEG所 起的作用，有助于认识溶胶生长的物理化学特征，为实现结构可控提供依据。 1样品及实验 以正硅酸乙酯(TEOs)为前驱体，聚乙二醇为改性剂，氨水为催化剂制得系列SiOz溶胶。 应用同步辐射X射线源进行样品的sAxS测试，采用成象板法检测散射强度，所测角度 20约为O。～3．5。。数据处理采用自编程序进行。 2 结果与讨论 在此列出部分样品的部分结果。各个样品均显示出较强的小角散射效应，说明有溶胶粒子 的生成，粒子与介质问存在较明显的电子密度差。图1为1号和4号样品的粒度分布曲线，横 坐标为溶胶粒子(假定为球形)的直径，纵坐标为相应粒度粒子的加权体积百分数；表l、表2 示出了5个样品的平均回转半径(R。)、平均粒度(球形直径鼠)、溶腔粒子体积百分数(W。)、比 界面(比表面s。)、质量分形维数(，二)、界面层厚度(71。)，“+”为正偏离，“一”为负偏离。 D／nm D／nm 图l SiO：一PEG溶胶的粒度分布(SAXS) 随着TEOS的水解和缩聚反应的进行，新核的生成和成核的生长同时发生，所得溶胶是 在不同时刻生成的晶核上长大的，所以形成多分散的溶胶体系，即溶胶粒度呈一定的分布，如 图1所示，尺度介于纳米尺寸范围，这是制备纳米材料的基础。不过分布曲线基本都呈单峰分 -国索自然科学基盒资助项目． 第三部分催化新材料及催化荆衰征 235 表l siO：-5％PEG200溶胶体系结构随陈化时间的变化 布，最可几分布都位于分布曲线的小尺度区．半峰宽较窄；向大尺度也有扩展，但所占比例很 小，这说明溶胶粒子粒度分布还是相对集中的，这符合Brinker所提出的理论…。sAxs与激光 nm左右。 散射粒度仪所测粒度分布曲线(如图2所示)是相似的，平均粒度是相符的，均为27 衰2 slo：一5％PEG溶肢体系结构麓PEG分子■的变化(豫化7个月) 由表1知，随着陈化时间的延长，R。、D。、A。都在 迅速增大，表明粒子在进一步缩聚长大，导致粒子的体 积分数和比界面迅速减小。相关函数反映体系中相距 为r的任意两点间电子密度函数之间的关联，决定着孽 ” 散射强度的分布。相关距离与体系中两相的相对尺度 和比界面有关，对应关系较为复杂o]。 由表2知，在同样的陈化时间下，随着所加PEG 分子量的增加，溶胶粒子急剧变小；同时，粒子的体积 D，∞m 百分数和比界面急剧变大。这表明PEG起着限制粒子 图2 Sioz-PEG溶胶的粒度分布 长大的作用，PEG分子量趣大，越能有效地包裹粒子， (激光散射) 限制其过分长大。 定量分析表明，这5种溶胶的质量分布均具有标度不变性，即具有质量分形的特征。表1 和表2列出了相应质量分形维数值F。。这说明粒子产生、运动、聚结是一种随机的、非线性的 过程，所形成的体系也具有开放性、无序性、不规则性、统计自相似性和标度不变性，这正是 so卜Gel科学中的貌似复杂的深层次的规律性。随着陈化时间的延长，分形维数增大，质量分布 越不规则；在同样的陈化时问下，随着所加PEG分子量的增