溶胶_凝胶和碳热还原法制备高比表面积碳化硅.docxVIP

－王冬华（渭南师范学院化学化工系，渭南 ７１４０００）摘 要 采用糠醇、正硅酸乙酯作为碳源、硅源，在溶 胶－凝胶过程中加入硝酸钴为催化剂，含氢硅油为结构助剂，通过碳热还原的方法制备出高比表面积碳化硅。 采 用 ＸＲＤ、ＦＴ－ＩＲ、ＳＥＭ、ＨＲＴＥＭ 及 低 温 氮 吸 附－脱附对所制备的样品进 行表征。 结果表明，所得碳化硅具有高的比表面积１３１ ｍ２／ｇ；含氢硅油的特殊结构是形成多孔碳化硅的主要原因；所 得 碳化硅具有特殊的光致发光性能。关键词 高比表面积碳化硅，溶胶－凝胶法，碳热还原法，含氢硅油Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓｏｆｈｉｇｈｓｕｒｆａｃｅａｒｅａｐｏｒｏｕｓｓｉｌｉｃｏｎｃａｒｂｉｄｅｂｙｔｈｅｓｏｌ－ｇｅｌａｎｄｃａｒｂｏｔｈｅｒｍａｌｒｅｄｕｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄＷａｎｇＤｏｎｇｈｕａ（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＣｈｅｍｉｓｔｒｙａｎｄＬｉｆｅＳｃｉｅｎｃｅ，ＷｅｉｎａｎＴｅａｃｈｅｒｓＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｗｅｉｎａｎ７１４０００）ＡｂｓｔｒａｃｔＨｉｇｈｓｕｒｆａｃｅａｒｅａｓｉｌｉｃｏｎｃａｒｂｉｄｅ ｗａｓｐｒｅｐａｒｅｄｂｙｔｈｅｓｏｌ－ｇｅｌａｎｄｃａｒｂｏｔｈｅｒｍａｌｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ，ｉｎｗｈｉｃｈｆｕｒｆｕｒｙｌａｌｃｏｈｏｌａｎｄｔｅｔｒａｅｔｈｏｘｙｓｉｌａｎｅ（ＴＥＯＳ）ｗｅｒｅｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙｅｍｐｌｏｙｅｄａｓｃａｒｂｏｎａｎｄｓｉｌｉｃａｐｒｅｃｕｒｓｏｒｓ，ｃｏｂａｌｔｎｉ－ｔｒａｔｅａｓｃａｔａｌｙｓｔａｎｄｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌｈｙｄｒｏｓｉｌｏｘａｎｅ （ＰＭＨＳ）ａｓｐｏｒｅ－ａｄｊｕｓｔｉｎｇａｇｅｎｔ．ＸＲＤ，ＦＴＩＲ，ＳＥＭ，ＨＲＴＥＭ ａｎｄ ＢＥＴ ｗｅｒｅｕｓｅｄｔｏｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｔｈｅＳｉＣｓａｍｐｌｅｓ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅＳｉＣｐｒｏｄｕｃｔｓｗｅｒｅｆｏｕｎｄｔｏｈａｖｅｈｉｇｈｓｐｅｃｉｆｉｃｓｕｒ－ ｆａｃｅａｒｅａｏｆ１３５ ｍ２／ｇ． ＰＭＨＳｐｌａｙｅｄｔｈｅｒｏｌｅｏｆｓｔｒｕｃｔｕｒｅ－ｄｉｒｅｃｔｉｎｇａｇｅｎｔｔｈａｔｅｎｈａｎｃｅｄｔｈｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆｍｅｓｏｐｏｒｏｕｓ ｐｏｒｅｓｉｎｔｈｅＳｉＣｐｒｏｄｕｃｔｓ．ＴｈｅＳｉＣｅｘｈｉｂｉｔｅｄｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐｈｏｔｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ ｈｉｇｈｓｕｒｆａｃｅａｒｅａｓｉｌｉｃｏｎｃａｒｂｉｄｅ，ｓｏｌ－ｇｅｌ，ｃａｒｂｏｔｈｅｒｍａｌｒｅｄｕｃｔｉｏｎ，ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌｈｙｄｒｏｓｉｌｏｘａｎｅ多孔碳化硅与传统的催化剂载体相比具有良好的导热 性、耐高温和化学稳定性等优点，是苛刻化学反应条 件 下 理 想 的催化剂载体材料［１］。 作为催化剂载体已成功应 用 于 一 些 重 要的化学反应［２－６］，如硫化氢的 选 择 性 氧 化［２］、甲 烷 氧 化［３］、汽 车尾气净化［４］等。 然而，由于比表面积太低，限制了其的广泛 应用。 因此，合成高比表面积且具有合适孔径分布的碳化硅， 引起了研 究者的广泛关注［７－１０］。Ｊｉｎ 等［７］采 用 一 种 改 进 的 溶 胶－凝胶方法制备出高比表面积的介孔碳化硅。 该 方 法 中，采 用廉价的酚醛树 脂 为 碳 源，硝酸镍为造孔剂制备碳硅 二 元 凝 胶，经碳热还 原制得比表面为 １１２ ｍ２／ｇ 的 多 孔 碳 化 硅。Ｐｏｌ 等［８］通过在封闭容器中逐步升温热解有机硅烷，得 到 比 表 面 积为１４９ ｍ２／ｇ的碳化硅。Ｌｕ 等［９］以 ＳＢＡ－１５ 为硅模板，廉价 糠醇为碳源，经碳热还原制得高比表面积碳化 硅（１６０ ｍ２／ｇ）。 Ｎｈｕｔ等［１０］在等离子反应器 中将碳化的稻壳转变为孔径较小 的高比表面积碳化硅（１５０ ｍ２／ｇ）。 在上述高比表 面 积 碳 化 硅 制备技术中，大多数研究者采用改变原料、反应条件 及 利 用 硬 模板来制备，而 很少使用软模板。 这 是 因 为 其在高温条件下 所形成的孔结构 容 易 被 破 坏，因此研究软模板在制备 高 比 表 面积碳化硅过程中的应用将具有重要意义。含氢硅油（ＰＭＨＳ）是含有活泼氢和大量甲基的一种价格 低廉且在空气中稳定的硅工业副产品。 其活泼氢 在 碱 性 环 境中很容易被水分子中的羟基或乙醇中的乙氧基 取 代，因 此，利 用其活泼氢的特 殊 作 用，含氢硅油可用于制备多孔 的 硅 基 材 料［１１］。 本实验通过以糠醇 为 碳 源，正 硅 酸 乙 酯 为 硅 源 的 溶 胶 体系中，添加含 氢硅油制备碳硅二元凝胶。 含氢硅油的活泼 氢在乙二胺的催 化 作 用 下，被乙醇中的乙氧基取代 生 成 能 自 组装成环状结构的聚甲基含羟基硅氧烷（ＰＭＨＯＳ）。 生 成 的 ＰＭ