Особенности формирования сферических мезопористых частиц кремнезема при температурах ниже комнатной

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Разработана методика управления параметрами внутренней структуры (удельная поверхность, объем, размер пор) сферических частиц аморфного кремнезема за счет варьирования температуры синтеза. Частицы получены гидролизом тетраэтоксисилана в спирто-водно-аммиачной смеси с добавлением цетилтриметиламмоний бромида при температурах от ‒20 до 50°С. Исследованы морфология и адсорбционно-структурные свойства синтезированных материалов, показано влияние температуры реакционной смеси на механизм формирования частиц. Синтезированные частицы диаметром 500 ‒ 1100 нм имеют поры размером от 3 до 50 нм, объемом до 0.8 см³/г и удельной поверхностью до 1000 м2/г. При температурах ниже комнатной формируются частицы типа ядро/оболочка.

Full Text

Restricted Access

About the authors

E. Ю. Стовпяга

Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук

Author for correspondence.
Email: kattrof@gvg.ioffe.ru
Russian Federation, 194021 Санкт-Петербург, Политехническая ул., 26

Д. A. Кириленко

Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук

Email: kattrof@gvg.ioffe.ru
Russian Federation, 194021 Санкт-Петербург, Политехническая ул., 26

М. A. Яговкина

Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук

Email: kattrof@gvg.ioffe.ru
Russian Federation, 194021 Санкт-Петербург, Политехническая ул., 26

Д. A. Курдюков

Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук

Email: kattrof@gvg.ioffe.ru
Russian Federation, 194021 Санкт-Петербург, Политехническая ул., 26

References

  1. Coasne B., Galarneau A., Pellenq R.J.M., Renzoa F.Di. Adsorption, Intrusion and Freezing in Porous Silica: The View from the Nanoscale // Chem. Soc. Rev. 2013. V. 42. P. 4141-4171. https://doi.org/10.1039/C2CS35384A
  2. Castillo R.R., Vallet-Regí M. Functional Mesoporous Silica Nanocomposites: Biomedical Applications and Biosafety // Int. J. Mol. Sci. 2019. V. 20. P. 929. https://doi.org/10.3390/ijms20040929
  3. Matter F., Niederberger M. The Importance of the Macroscopic Geometry in Gas-phase Photocatalysis // Adv. Sci. 2022. P. 2105363. https://doi.org/10.1002/advs.202105363
  4. Mehmood A., Ghafar H., Yaqoob S., Gohar U. F., Ahmad B. Mesoporous Silica Nanoparticles: A Review // J. Develop. Drugs. 2017. V. 6. P. 1000174. https://doi.org/10.4172/2329-6631.1000174
  5. Kresge C.T., Leonowicz M.E., Roth W.J., Vartuli J.C., Beck J.S. Ordered Mesoporous Molecular Sieves Synthesized by a Liquid-Crystal Template Mechanism // Nature. 1992. V. 359. P. 710-712. https://doi.org/10.1038/359710a0
  6. Beck J.S., Vartuli J.C., Roth W.J., Leonowicz M.E., Kresge C.T., Schmitt K.D., Chu T.W.C., Olson D.H., Sheppard E.W. A New Family of Mesoporous Molecular Sieves Prepared with Liquid Crystal Templates // J. Am. Chem. Soc. 1992. V. 114. P. 10834. https://doi.org/10.1021/ja00053a020
  7. Shinde P.S., Suryawanshi P.S., Patil K.K., Belekar V.M., Sankpal S.A., Delekar S.D., Jadhav S.A. A Brief Overview of Recent Progress in Porous Silica as Catalyst Supports // J. Compos. Sci. 2021. V. 5. P. 75. https://doi.org/10.3390/jcs5030075
  8. Sajjadi S.A., Izadbakhsh A., Niknam K. Effect of Synthesis Conditions on Textural Properties of Silica MCM-41 // J. Petrol. Technol. 2016. V. 3. № 1. P. 59-82. https://doi.org/10.22034/jogpt.2016.43249
  9. Borowka A., Skrzypiec K. Effects of Temperature on the Structure of Mesoporous Silica Materials Templated with Cationic Surfactants in a Nonhydrothermal Short-term Synthesis Route // J. Solid State Chem. 2021. V. 299. P. 122183. https://doi.org/10.1016/j.jssc.2021.122183
  10. Trofimova E.Yu., Kurdyukov D.A., Yakovlev S.A., Kirilenko D.A., Kukushkina Y.A., Nashchekin A.V., Sitnikova A.A., Yagovkina M.A., Golubev V.G. Monodisperse Spherical Mesoporous Silica Particles: Fast Synthesis Procedure and Fabrication of Photonic-crystal Films // Nanotechnology. 2013. V. 24. P. 155601. https://doi.org/10.1088/0957-4484/24/15/155601
  11. Масалов В.М., Сухинина Н.С., Емельченко Г.А. Коллоидные частицы диоксида кремния для формирования опалоподобных структур // ФТТ. 2011. Т. 53. № 5. С. 1072-1076.
  12. Liang X., Lian L., Liu Y., Kong Q., Wang L. Controlled Synthesis of Monodisperse Silica Particles // Micro Nano Lett. 2016. V. 11. P. 532–534. https://doi.org/10.1049/mnl.2016.0189
  13. Zárate-Reyes J.-M., Flores-Romero E., Cheang-Wong J.-C. Systematic Preparation of High-Quality Colloidal Silica Particles by Sol–Gel Synthesis Using Reagents at Low Temperature // Int. J. Appl. Glass. Sci. 2021. P. 1–9. https://doi.org/10.1111/ijag.16108
  14. Dou B., Li J., Hu Q., Ma C., He C., Li P., Hu Q., Hao Z., Qiao S. Hydrophobic Micro/Mesoporous Silica Spheres Assembled from Zeolite Precursors in Acidic Media for Aromatics Adsorption // Micropor. Mesopor. Mater. 2010. V. 133. P. 115–123. https://doi.org/10.1016/j.micromeso.2010.04.023
  15. Kim K.-D., Cho Y.K., Han S.W., Park E.J., Kim D.H., Jeong M.-G., Kim Y.D., Hong J.M.E., Lim D.C. Porous Silica Particles as Oil Absorbents: Comparison of Meso-, Macro-, and Meso/Macro-Structures // Bull. Korean Chem. Soc. 2015. V. 36. P. 1751–1757. https://doi.org/10.1002/bkcs.10330
  16. Carrozza D., Malavasi G., Ferrari E. Very Large Pores Mesoporous Silica as New Candidate for Delivery of Big Therapeutics Molecules, Such as Pharmaceutical Peptides // Materials. 2023. V. 16. Р. 4151. https://doi.org/10.3390/ma16114151
  17. Грег С., Синг К. Адсорбция, удельная поверхность, пористость. М.: Мир, 1984. 310 с.
  18. Трофимова Е.Ю., Курдюков Д.А., Кукушкина Ю.А., Яговкина М.А., Голубев В.Г. Синтез монодисперсных мезопористых сфер аморфного кремнезема субмикронного размера // Физика и химия стекла. 2011. T. 37. № 4. C. 510-517.
  19. Stöber W., Fink A., Bohn E. Controlled Growth of Monodisperse Silica Spheres in the Micron Size Range // J. Colloid Interface Sci. 1968. V. 26. P. 62-69.
  20. Карпов И.А., Самаров Э.Н., Масалов В.М., Божко С.И., Емельченко Г.А. О внутренней структуре сферических частиц опала // ФТТ. 2005. Т. 47. № 2. С. 334-338.
  21. Bogush G.H., Zukoski C.F. Studies of the Kinetics of the Precipitation of Uniform Silica Particles through the Hydrolysis and Condensation of Silicon Alkoxides // J. Colloid Interface Sci. 1991. V. 142. № 1. P. 1-16.
  22. Chen S.-L., Dong P., Yang G.-H., Yang J.-J. Kinetics of Formation of Monodisperse Colloidal Silica Particles Through the Hydrolysis and Condensation of Tetraethylorthosilicate // Ind. Eng. Chem. Res. 1996. V. 35. P. 4487-4493.
  23. Basnet N. Cetrimonium Bromide: The Micellization Behaviors and Applications // Damak Campus J. 2020. V. 8. P. 47-55.
  24. Поверхностно-активные вещества. Справочник /Под. ред. Абрамзона А.А. и Гаевого Г. М. Л.: Химия, 1979. 376 с.
  25. Adair J.H., Suvaci E., Sindel J. Surface and Colloid Chemistry // Encyclopedia of Materials: Science and Technology (Second Edition). 2001. P. 1–10. https://doi.org/10.1016/B0-08-043152-6/01622-3
  26. Stovpiaga E.Yu., Eurov D.A., Kurdyukov D.A., Glebova N.V., Kirilenko D.A., Tomkovich M.V., Golubev V.G. Formation of Spherical Microporous Silica Particles from Organosilane and Quat Molecules // Colloids Surf. A. 2022. V. 650. P. 129633. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2022.129633
  27. Kürten A., Williamson C., Almeida J., Kirkby J., Curtius J. On the Derivation of Particle Nucleation Rates from Experimental Formation Rates // Atmos. Chem. Phys. 2015. V. 15. P. 4063–4075. https://doi.org/10.5194/acp-15-4063-2015

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Nitrogen adsorption isotherms at 77 K for silica particles synthesized at reaction mixture temperatures of 50(1), 30 (2), 10 (3), 0 (4), –20°C (5).

Download (93KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Pore size distribution for synthesized silica particles, 1–5 – see caption to Fig. 1.

Download (67KB)
Indexing metadata
4. Рис. 3. Дифракционные кривые для синтезированных частиц кремнезема, 1–5 – см. подпись к рис.1 (обозначены индексы Миллера наблюдаемых дифракционных рефлексов; для удобства кривые сдвинуты вдоль оси ординат).

Download (106KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Distribution of hydrodynamic diameters of silica particles measured by the DSR method, 1–5 – see caption to Fig. 1.

Download (84KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. TEM images of silica particles synthesized at 50 (a–c), 30 (d–f), 10°C (g–i) (the white hexagon indicates a cluster of closely packed silica nanochannels).

Download (189KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. TEM images of silica particles synthesized at 0 (a–c), –20°C (d–e) (the white triangle indicates a cluster of closely packed silica nanochannels).

Download (113KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Enlarged TEM image of a particle (synthesis temperature – 0°C).

Download (138KB)
Indexing metadata
9. Fig. 8. EDX elemental maps of O and Si for particles synthesized at ‒20°C.

Download (62KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».