纳米二氧化硅材料的绿色合成 - 图文

北京化工大学毕业设计（论文）

第三章 结果与讨论

第3.1节 二氧化硅-离子液复合物结构表征

3.1.1 透射电子显微镜照片

取少量SiO2粉末置于称量瓶中，用无水乙醇稀释，在KQ-100型超声波清洗器内超声20分钟后，取2-3滴溶液，滴加在铜网上，采用日本HITACHI公司H800型电子显微镜对样品形貌进行透射电镜(TEM)分析，如下图3.1所示：

图3.1 SiO2的TEM照片

由图3.1可以看出，二氧化硅微粒粒径大约在20nm左右，分散性较差，颗粒团聚严重，但粒径较为均一，且形貌呈球状。 3.1.2 傅立叶变换红外分析

(1)SiO2- [C4mim]PF6复合物的傅立叶变换红外分析(FT-IR)

90 60 30 0 350030002500200015001000500Wavenumbers(cm-1)

图3.2 SiO2- [C4mim]PF6复合物红外谱图

1574.301467.223436.113172.612966.39752.20841.841106.26558.58Transmittance%图3.2即为在 [C4mim]PF6离子液体中用实验方案一制备得的SiO2微粒的红外谱图。图中1106.26、752.2、558.58和470.23cm-1处显示二氧化硅的特征峰，这些峰值

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470.23北京化工大学毕业设计（论文）

与二氧化硅的标准谱图基本一致，谱图上的差别是由离子液体中PF6-离子所引起的。其中558.58cm-1处的峰是由Si-OH的伸缩振动所引起的，而1106.26cm-1处的峰是由Si-O-Si反对称伸缩振动所引起的，752.2、470.23cm-1处的峰对应于Si-O-Si的对称伸缩振动和弯曲振动。而3423.24cm-1处的峰则是由于结构水中的-OH引起的。

对于离子液体的特征峰，3172.61cm-1是咪唑环上C-H的伸缩振动吸收峰，2966.39和2878.08cm-1是侧链烷基C-H伸缩振动吸收峰，1574.30和1467.22cm-1是咪唑环骨架振动，841.84cm-1是PF6-的吸收峰。 (2)加入乙醇后红外谱图的比较

图3.3为用乙醇作溶剂所得二氧化硅与未加乙醇的样品所作的红外谱图比较：

Transmittance?

60

300300020001000Wavenumbers(cm-1)图3.3 加乙醇与无乙醇的二氧化硅红外谱图比较

从图3.3中可以看出加入乙醇后，复合物基本上没有任何变化，这说明乙醇在反应中只作为一种辅助溶剂存在，并没有对反应生成物产生影响。 (3) SiO2- [C16mim]Cl复合物的红外分析

选择 [C16mim]Cl离子液体作为反应介质，对所制得的二氧化硅进行红外分析，其结果如下图3.4所示：

Transmittance?3423.94

302976.990300020001000图3.4 SiO2 - [C16mim]Cl复合物红外谱图

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Wavenumbers(cm-1)1083.68969.92796.72469.33

602851.691392.72

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由图中可以看出1083.68、796.72和469.33cm-1处的二氧化硅特征峰仍旧存在，而且由于没有PF6-离子的影响，它们的出峰位置与标准谱图更为相近。

对于离子液体的特征峰， 2976.99和2851.69cm-1是侧链烷基C-H伸缩振动吸收峰，1573.57和1444.57cm-1是咪唑环骨架振动，在1041cm-1处有一个小峰是C-Cl的吸收峰，由于和Si-O-Si的反对称伸缩振动峰很接近，所以表现得不明显。 (4) 高温煅烧后SiO2的红外分析

把 SiO2-[C4mim]PF6样品放入马弗炉中，以500℃高温煅烧5h，将得到的煅烧产物进行红外分析，如图3.5所示：

90 1321.00Transmittance%

3003500 300025002000150010001113.09

Wavenumbers(cm-1)图3.5 煅烧后SiO2的红外谱图

由图中可知，二氧化硅在1113.09，798.89与473.60cm-1处的特征峰仍然存在，而离子液体的特征峰都已经消失了，但由于离子液体中磷离子的存在，高温下生成五氧化二磷，所以在谱图上541.90 cm-1处的峰显示了有O-P-O的弯曲振动。 3.1.3 热失重分析

对SiO2-[C4mim]PF6与SiO2-[C16mim]Cl复合物进行热失重分析(TG-DTA)，在氧气气氛中实现，两样品在测试前106℃均烘干24小时，得以下图：

图3.6 SiO2- [C4mim]PF6 TG-DTA曲线 图3.7 SiO2 - [C16mim]Cl TG-DTA曲线

从图3.6与3.7中可以看出两种离子液体制得的SiO2在温度从27℃升高到800℃

重量均有减少。但是两个样品的热失重曲线并不相同，通过[C4mim]PF6离子液体制

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473.60500541.9060

798.89北京化工大学毕业设计（论文）

备的SiO2温度从27.93℃升高到192.93℃，失重量为4.75%，温度从192.93℃升高到382.94℃，失重量为74.35%，这是由于SiO2- [C4mim]PF6样品烘干之后，水分基本蒸发完，所以从27.93℃升高到192.93℃时重量减少并不明显，但在192℃附近有一个失重突变点，这是由于离子液体在高温下氧化分解或解吸附所致。而通过 [C16mim]Cl离子液体制得的SiO2从27.93℃升高到192.93℃时，失重量为13.0%，比 [C4mim]PF6离子液体制得的SiO2失重量大了许多，这是因为SiO2-[C16mim]Cl样品中所含水分较多的原因。而温度从192.93℃升高到359.35℃时，失重量为25.70%，在251℃附近有一个失重突变点，是由于 [C16mim]Cl开始氧化分解或解吸附所致。但是当加热至800℃时，失重量仍然只有45%,这说明SiO2所带的 [C16mim]Cl较少。 3.1.4 X-射线衍射分析

对样品进行X-射线衍射分析(XRD)，如下图所示：

9008007006005004003002001000020406080100 图3.8 SiO2的XRD表征图

图3.8为SiO2的XRD表征图，从图中可以看出SiO2只是在20°左右有一个明显的X衍射峰，因此可以确定所制得的二氧化硅属于无定型结构。

??

第3.2节 温度对反应的影响

设定反应温度分别为30℃、40℃、50℃，制得样品a、b、c，通过TEM分析得以下图3.9至图3.11：

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