纳米SiO2与Ag/SiO2复合材料的制备及其光学性能的研究

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纳米二氧化硅及其复合材料因具有高韧性、耐高温、耐腐蚀、红外吸收等特性而被广泛应用,可作为催化剂、药物传输载体、抗菌剂和用于生化检测等。基于此,有关银/二氧化硅复合材料的研究已成为当代材料领域的研究热点。因此,如何通过简单经济的方法制备出尺寸、结构形貌可控、分散性好的银/二氧化硅复合纳米材料是个亟待解决的问题。目前,制备纳米银/二氧化硅复合材料的方法有化学电镀、层自组装法、热分解法和声化学沉积法等,但有些方法对设备要求高、操作繁琐,限制了其批量生产和在科学研究与工业上的应用。本文针对现有的制备技术的不足,在溶胶凝胶法的基础上进行了改进。首先调整实验参数,总结出了温度和PH值对于纳米SiO2和Ag/SiO2的形貌和尺寸的影响规律。然后结合当前研究热点纳米Ag颗粒的催化和抗菌性能,利用所得SiO2制备出了Ag/SiO2和SiO2-N-Ag复合材料,并对其光的吸收性能进行了深入研究,为制备光催化剂和抗菌材料具有重要的指导作用。具体研究内容如下:(1)通过改进Stober法,利用正硅酸乙酯作硅源,氨水作催化剂,在醇溶液中改变实验参数可获得粒径可控的球状纳米SiO2。这种方法制备的球状Si02表面富含羟基,有利于进一步改性和实际生产应用。此外,对介孔二氧化硅的形成机理进行了简单的分析,为其在吸附、催化和药物传输方面的应用提供了理论基础。(2)利用溶胶凝胶法,柠檬酸钠作为还原剂,成功制备了Ag/SiO2复合材料,并探讨了其可见光吸收性能。结果表明,这种复合材料的结构是稳定的且表面的纳米Ag不易被氧化,且能够保持持久的活性和原有的物理化学性能。溶液温度和PH值影响二氧化硅表面银的厚度和粗糙度。通过改变银的厚度和二氧化硅的尺寸可调节样品的光学性能。当制备过程中PH为9,10,11时,Ag/SiO2展现了很好的可见光活性。其中,最优条件为PH=9,T=85℃。(3)深入研究了由APTES改性的Si02所制备的纳米SiO2-N-Ag复合颗粒的形貌结构与性能。从FESEM图中可知,首先用NaBH4还原少量Ag+,作为金属Ag粒子的核点是关键的步骤。它直接影响Ag粒子在SiO2表面的分散性,进而会影响其光学性能。虽然EDS没有探测到N元素的存在,但是从FTIR谱中可以明显地发现-NH2的伸缩振动峰,说明-NH2被成功地连接到Si02表面。由UV-vis分析可知,纳米Ag粒子的含量与分散性是影响SiO2-N-Ag复合颗粒的光学性能的关键因素。本文涉及的制备Si02和Ag/SiO2的方法是完全可行的,为制备其他催化材料和抗菌材料具有重要的指导作用。并且通过不断地尝试和改进优化,这种方法可用于制备抗菌剂和用于生化检测的材料等。
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