作者:甘晓 来源:中国科学报 发布时间:2024/9/30 20:51:58
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新方法批量化制备二氧化硅多壳层空心微球粉体

 

二氧化硅(SiO2)多壳层空心微球粉体是一种具有高比表面积、低密度和优异化学稳定性的材料,在工业催化、医药载体等领域具有潜在应用前景。近日,中国科学院过程工程研究所研究员朱庆山团队开发出前驱体水解法,实现了SiO2多壳层空心微球粉体的批量化合成。相关研究成果于9月18日发表在《先进材料》上。

SiO2多壳层空心微球粉体由内向外排布了多孔壳层和空腔,使其能够控制物质、能量传递和调控化学反应。传统制备方法为模板法,由于成本高,批量化生产难度较大。所以,低成本和批量化制备SiO2多壳层空心微球粉体目前是一个重大挑战。

面对这些挑战,朱庆山团队首先基于流态化技术,通过四氯化硅(SiCl4)氨解法制备出含Si(NH)2前驱体,在25℃的氨水中水解5小时后,粉体再经60℃烘干获得微米级的SiO2多壳层空心微球粉体。与传统方法相比,该新方法省去了模板制备和高温刻蚀等流程,可用于合成公斤级SiO2多壳层空心微球粉体。实验显示,合成效率较传统方法提高2个数量级,成本降低1个数量级。

前驱体水解法制备SiO2多壳层空心微球粉体流程示意图。研究团队供图

SiO2多壳层空心微球粉体微观及其断面SEM图和实物图。研究团队供图

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研究人员还发现,该方法可通过改变水解介质组成调控SiO2多壳层空心微球粉体的空腔大小和尺寸。同时,因其具有拓展性,通过在氨水中分别水解含Sn(NH)2的前驱体粉体(pH=12,30℃)和TiCl4(NH3)2粉体(pH=12,20℃),以及后续低温烘干,可合成SnO2和TiO2空心微球粉体。为了调控SiO2多壳层空心微球粉体的孔径结构,研究人员还提出了NH4Cl沉积-热分解策略,通过调控NH4Cl负载量和加热温度,SiO2多壳层空心微球的孔径范围可从7 nm调节至2~50nm之间。

相关论文信息:https://doi.org/10.1002/adma.202409421

 
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