硅热水蚀刻的机理研究-安中大515实验室
【引言】
介孔二氧化硅（mSiO2）是一类重要的纳米结构材料欧文哈特，在催化、药物输送、生物成像、环境修复和储能方面具有广阔的应用前景。介孔二氧化硅通常由表面活性剂诱导自组装方法制备，这个过程涉及介孔二氧化硅在胶束模板上的生长，然后通过煅烧或溶剂萃取除去表面活性剂。尽管这种方法取得了巨大的成功侯门椒妻，山岸秀匡但是除去表面活性剂焦瑞霞，例如：十六烷基三甲基溴化铵（CTAB），通过煅烧是能量消耗过程并降低所得mSiO2颗粒的胶体分散性，耗时的溶剂萃取方式涉及有毒溶剂的使用以及大量废物的产生厦门雄狮瀑布。因此，有必要开发用于制备介孔二氧化硅材料的环境友好的替代方法蛇口余生。
【成果简介】
该团队系统地研究了涂覆在α-Fe2O3颗粒上的溶胶-凝胶二氧化硅壳体的热水蚀刻。透射电子显微镜和红外光谱研究为选择性蚀刻机理提供了明确的证据，即热水优先蚀刻二氧化硅水解度和凝聚度（老化程度）。研究表明，决定蚀刻速率的二氧化硅的老化程度可以通过在热水蚀刻之前调整溶胶-凝胶制备时间和在室温下在水中的储存时间来控制。
【图文导读】
图1（a）溶胶-凝胶反应时间为30分钟的α-Fe2O3@SiO2粒子（样品S1）的TEM图像 （b-d）通过蚀刻S1 1关婉珊,3,5小时获得的α-Fe2O3@p-SiO2粒子的TEM图像 （e）溶胶-凝胶反应时间为5小时的α-Fe2O3@SiO2粒子（样品S2）的TEM图像 （f-h）通过刻蚀S2 1, 3, 5小时获得的α-Fe2O3@p-SiO2粒子的TEM图像 比例尺是100nm
图2（a）溶胶-凝胶反应时间为30分钟获得α-Fe2O3@SiO2粒子（样品S1）的标准化红外光谱 （b）通过刻蚀S1 5小时获得的α-Fe2O3@p-SiO2粒子（样品S1etch）的标准化红外光谱（c）溶胶-凝胶反应时间为5小时获得α-Fe2O3@SiO2粒子（样品S2）的标准化红外光谱（d）通过刻蚀S25小时（样品S2etch）获得α-Fe2O3@p-SiO2粒子的标准化红外光谱
表1对不同样品的不同官能团对应的红外峰面积进行比较
a二氧化硅涂层的初始溶胶-凝胶反应时间 b热水刻蚀前的水中室温储存时间 c热水中的刻蚀时间 d Si-O-R基团（2980cm-1）与Si-O-Si（1050cm-1）和Si-OH（960cm-1）总和的峰面积比。该比例越低，水解度越高 eSi-O-R和Si-OH基团的总和与Si-O-Si基团的峰面积之比陈尊佑。该比率越低蓝均天，结露度越高宋老六。
图3不同溶胶-凝胶反应时间α-Fe2O3@SiO2粒子的TEM图像（a）S3为反应20分钟 （b）S4为反应1小时 （c）S5为反应3小时 （d）S6为反应6小时 （e）S7为反应10小时 （f）S8为反应24小时 比例尺是100nm
图4（a-f）分别通过蚀刻样品S3-S8 2小时获得的α-Fe2O3 @ p-SiO2颗粒的TEM图像 初始溶胶-凝胶反应时间（a）20分钟为S3 （b）1小时为S4（c）3小时为S5 （d）6小时为S6 （e）10小时为S7 （f）24小时为S8 插图是单个椭球体粒子放大的TEM图像 比例尺是100nm
图5（a）溶胶-凝胶反应为20分钟获得α-Fe2O3@SiO2粒子（S9）的TEM图像 （b-d）将S9室温下在水中储存不同时间：（b）3小时为S10 （c）12小时为S11（d）24小时为S12 （e-h）分别通过在热水中蚀刻样品S9-S12 1小时获得的α-Fe2O3@p-SiO2粒子的TEM图像
图6（a）溶胶-凝胶反应时间为20分钟获得α-Fe2O3-SiO2粒子（样品S9）的标准化红外光谱 （b）通过在热水中刻蚀S91小时获得的α-Fe2O3@p-SiO2粒子（样品S9etch）的标准化红外光谱 （c）溶胶-凝胶反应时间为12小时获得α-Fe2O3@SiO2粒子（样品S11）的标准化红外光谱（d）通过在热水中蚀刻S111小时获得的α-Fe2O3@p-SiO2粒子（样品S2etch）的标准化红外光谱
表2对不同样品的不同官能团对应的红外峰面积进行比较
a二氧化硅涂层的初始溶胶-凝胶反应时间 b热水腐蚀前的水中室温储存时间 c热水中的腐蚀时间 dSi-O-R基团（2980cm-1）与Si-O-Si（1050cm-1）和Si-OH（960cm-1）总和的峰面积比。 该比例越低高会军，水解度越高 eSi-O-R和Si-OH基团的总和与Si-O-Si基团的峰面积之比。该比率越低，结露度越高陈芳辉。
图7（a）N2吸附-解吸等温线 （b）样品S10和S10etch的相应孔径分布
图8（a）溶胶-凝胶反应时间为24小时制备的具有25nm单层二氧化硅的α-Fe2O3@SiO2粒子的TEM图像 （b）具有双硅石外壳的α-Fe2O3@SiO2粒子通过随后以的溶胶-凝胶反应时间为20分钟涂覆一层20nm厚的二氧化硅获得，表示为S13的TEM图像 （c-d）分别通过在热水中蚀刻样品S13 1小时和3小时获得α-Fe2O3@p-SiO2粒子的TEM图像 在蚀刻之前，将样品在室温下储存在水中3小时。这个夏天有异性 插图是单个椭球体粒子放大的TEM图像 比例尺是100nm
【全文总结】
该项研究阐明了热水蚀刻机制以及与此方法相关的再现性问题的起源，研究结果为溶胶-凝胶反应生成的胶体二氧化硅的物理化学性质以及热水对二氧化硅蚀刻反应动力学的机理提供了新的见解。随着对蚀刻过程的深入了解，可以制备具有可控蚀刻程度的介孔二氧化硅纳米结构钟彬娴，以强大的、可重复的和绿色的化学方式制备，促进了其在催化、药物输送、生物成像、环境修复和储能方面的实际应用。
全文链接：http://sci-hub.tw/http://doi.org/10.1039/c7cp06856e