纳米空心二氧化硅的合成及在蛋壳形催化剂制备的应用(9)
在 100mL三口烧瓶分别加入3mL的聚苯乙烯乳液， 0.6mL氨水（25﹪的浓氨水），
无水乙醇和蒸馏水，室温搅拌搅拌 30min。逐滴加入 5mL 正硅酸乙酯溶液，继续反
应 12h。室温陈化 24h，离心分离，用无水乙醇洗涤三次，80℃鼓风干燥 8h，将产物
置于马弗炉中700℃ 4h，制得白色SiO2纳米微球。实验流程如图2.2.2 所示。
图2.2.2 空心二氧化硅微球制备工艺流程图
2.3 反应机理
2.3.1 SiO2形成机理
一般分为，正硅酸乙酯可在碱性条件下进行水解和缩合反应，其最终产物是二氧
化硅。反应动力学为[36]
在 TEOS 中加入少量去离子水，也会发生反应，但反应速度非常缓慢。TEOS 分
子中的硅原子周围有四个烷氧基-OC2H5 与之键合，在碱性催化条件下水解，OH―离
子直接进攻硅原子核，使硅原子核带负电，并导致电子云向另一侧的 OR-基团偏移，
是该基团的Si-O键别削弱而断裂，发生水解形成 Si-OH键 ,水解单体Si-OH基之间，
以及 Si-OH 基与 Si-OC2H5基发生脱水或脱醇聚合反应，形成 Si-O-Si 键，Si-O-Si
键之间不断交联，最终形成颗粒状聚集体。
实际上，水解和聚合反应是同时间进行的，其过程非常复杂，因此独立描述水解
和缩合过程是不太可能的。实验过程中发现，反应催化剂、TEOS 的用量、反应温度，
反应时间及溶剂都会影响实验结果。
2.3.2 空心二氧化硅微球的形成
在乙醇/氨水介质中，以 PVP 功能化的聚苯乙烯微球作为模板，通过 TEOS 的水
解缩合反应，在 PS 模板上形成 SiO2壳层。由于功能化 PS 模板表面吸附 PVP，PVP
上的N原子（碱性）与 SiO2表面的羟基（酸性）发生酸碱反应，SiO2吸附在PS 球表
面。同时PS 核溶解，得到空心 SiO2微球 。没能溶解的 PS 核可通过热处理去除。
图2.3.2空心二氧化硅微球形成机理示意
2.4 空心球的结构表征方法
2.4.1 扫描电镜（SEM）
使用具有高分辨率的扫描电镜来观察纳米材料的结构很重要的表征手段。扫描电
镜的电子枪发射出的电子束聚焦在样品表面，由于高能量的电子束与样品色交互作
用，产生各种信息：二次电子、背反射电子、吸收电子、X射线等。这些信号被相应
的接收器接收，经放大后送到显像管的栅极上，形成 SEM 图片。
使用 Oxford 1530V 型扫描电子显微镜对空心球的表面形貌进行观察。 其操作如下：
取出少量样品散在玻璃片上，干燥，喷金，在真空条件下进行测试。
2.4.2 透射电子显微镜（TEM）
透射电子显微镜（TEM）是观察样品形状和内部结构最常用的表征方法。扫描
电镜只能观察到表面的微观形貌，它无法获的物质内部的信息。而通过透射电镜由于
入射电子试样后，将于试样内部原子发生相互作用，从而改变其能量及运动方向。不
同结构有不同的相互作用。这样就可以根据透射电镜图像获得样品内部结构。
本实验使用日本电子株式会社 JEM-2100 型透射电镜对制得的空心二氧化硅微
球进行形貌与内部结构分析。
2.4.3 比表面分析（BET）
采用金科普科技 Vsorb-2800 型比表面和孔径分析仪对煅烧后的二氧化硅样品进
行比表面积和孔径分步进行测定。比表面是指单位质量固体的总表面积，孔径分布是
指固体表面孔体积对空半径的平均变化率随孔半径的变化。
利用氮吸附法测定固体表面和孔径分布，是依据气体在固体表面的吸附规律。在
恒定温度下，在平衡状态时，一定的气体压力，对应于固体表面一定的气体吸附量，
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