非水解溶胶—凝胶法制备SnO2-SiO2纳米材料及其表征

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Sn02是一种重要的半导体功能材料,在气体传感、催化、电化学以及光学等领域具有重要应用。通常情况下,较大的比表面积以及较小的颗粒直径是材料展现其性能的必备条件。将纳米制备技术应用于Sn02材料的制备,对于最大限度地发挥Sn02的用途有着极其重要的意义。目前,围绕SnO2纳米材料的研究主要包括形貌的控制、材料的掺杂和包覆以及纳米结构的组装。采用非水解溶胶-凝胶过程制备的纳米复合氧化物具有形貌可控、结晶度高、颗粒分散均匀以及比表面积大等特点。该反应过程对前驱物的反应活性要求较低,反应条件温和,可以实现原子级别的均匀混合,整个工艺过程简便易于操作。本研究通过非水解溶胶-凝胶过程制备了一系列锡硅纳米复合纳米材料,研究了几种反应因素对材料性质的影响且初步探讨其反应机理。另外,分别以CO催化氧化以及四氢呋喃聚合作为模型反应,考察了所制备材料的催化性能。通过FT-IR、 XRD、N2物理吸附、TEM和UV-Vis等表征手段对所制备材料的结构与织构性质进行分析研究,结合相关催化反应结果,得到以下主要结果和结论:1.通过比较直接干燥和丙酮(acetone)封端两种后处理方法对锡硅复合材料性质的影响,发现采用丙酮封端处理后所得材料的比表面积有所增加,其BET比表面积为286.3m2/g,颗粒直径为11.7nm。2.采用非水解溶胶-凝胶法所得干凝胶经过焙烧后,材料中存在Sn-O-Si键,焙烧之前的干凝胶只存在四配位锡原子,焙烧之后则出现四配位与六配位的混合。无溶剂条件所得干凝胶经过500℃焙烧后,Sn-O-Si键出现部分断裂。3.在采用直接干燥的情况下,随着Sn含量的增加,所得材料比表面积与孔容相应增加,推测其可能的原因是随着Lewis酸浓度的提高,反应物之间异质缩合反应速率相应增加,所生成凝胶高度交叉耦合,因而可抵抗凝胶网状结构在干燥过程中所产生的较大毛细管压。4.在无溶剂存在情况下制备的干凝胶经过300℃焙烧后所得材料呈层状结构,且有介孔结构存在,经过500℃焙烧后材料呈较均匀的球状颗粒,且Sn成功进入氧化硅骨架。5.通过比较直接干燥和丙酮封端两种后处理方法所得干凝胶对四氢呋喃聚合反应的催化性能,发现前者的收率更高(聚合产物收率为31%)。进一步考察了锡含量对催化性能的影响,发现随着锡含量增加,聚合产物收率相应提高。
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