孔 勇 沈曉冬崔 升 仲 亞

(南京工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院工程學(xué)院，材料化學(xué)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京 210009)

以RF/SiO2復(fù)合氣凝膠為前驅(qū)體制備介孔α-SiC

孔 勇 沈曉冬＊崔 升 仲 亞

(南京工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院工程學(xué)院，材料化學(xué)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京 210009)

以間苯二酚(R)和甲醛(F)為碳源，3-氨丙基三乙氧基硅烷為硅源，無水乙醇為溶劑，利用簡(jiǎn)捷的一步溶膠-凝膠法和超臨界干燥工藝制備RF/SiO2復(fù)合氣凝膠。RF/SiO2復(fù)合氣凝膠經(jīng)碳熱還原、煅燒、酸洗等一系列工藝制備出介孔碳化硅(SiC)，采用XRD、FTIR、NMR、SEM、TEM和氮?dú)馕?脫附等分析手段對(duì)制備的介孔SiC進(jìn)行了表征。結(jié)果表明，介孔SiC材料為純的α-SiC，平均晶粒大小為15 nm，BET比表面積為106 m2·g-1，孔徑主要分布在21.7 nm和61 nm附近，SiC納米顆粒大小和分布均勻。

介孔碳化硅；溶膠-凝膠；超臨界干燥；碳熱還原

碳化硅(SiC)是一種寬帶隙(α-SiC為 3.05 eV，β-SiC為2.36 eV)半導(dǎo)體材料[1-2]，具有許多優(yōu)異性能，如良好的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性、高溫和化學(xué)穩(wěn)定性、抗熱振性、低熱膨脹系數(shù)、高硬度等[3-6]，因而在陶瓷復(fù)合材料[7]、耐磨材料、催化劑[8]和光電子材料[9,10]領(lǐng)域有很大的應(yīng)用潛力。多孔SiC可以通過傳統(tǒng)的Acheson工藝[11]、先驅(qū)體浸漬裂解法[12-13]和形狀記憶合成[14]法等方法來制備，但是這些合成方法碳熱還原溫度較高，合成出的產(chǎn)物SiC顆粒較大、比表面積小(一般小于70 m2·g-1)。溶膠-凝膠法結(jié)合碳熱還原工藝[1,3,15-16]是一種制備高比表面積SiC多孔材料或納米顆粒的有效途徑，這種方法通常先合成RF/SiO2復(fù)合氣凝膠或干凝膠作為前驅(qū)體，前驅(qū)體經(jīng)過碳熱還原合成多孔SiC。RF/SiO2凝膠的制備工藝中一般使用正硅酸四乙酯 (TEOS)或正硅酸四甲酯(TMOS)作為硅源，間苯二酚(R)和甲醛(F)溶液為碳源。這類原料雖然廉價(jià)易獲得，但是復(fù)合凝膠的制備工藝復(fù)雜，大多需要分別制備碳溶膠和SiO2溶膠后再將兩種溶膠混合，而且在溶膠-凝膠過程中需要加入催化劑，這使得RF/SiO2復(fù)合凝膠的合成工藝更加復(fù)雜、不可控。3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)在氣凝膠材料制備中通常作為一種表面修飾劑使用[17-20]，作為TEOS或TMOS的替代物制備RF/SiO2復(fù)合凝膠時(shí)，可以直接將硅源、碳源以及溶劑等原料混合進(jìn)行溶膠-凝膠反應(yīng)，大大簡(jiǎn)化了制備工藝，葉麗等[21]報(bào)道了一種以APTES為硅源制備RF/SiO2凝膠的方法，但是其RF/SiO2凝膠合成時(shí)間較長(zhǎng)，耗時(shí)一周以上，而且只制備了C/SiO2復(fù)合氣凝膠產(chǎn)物，沒有進(jìn)行碳熱還原制備SiC產(chǎn)物的研究。

本工作以R和F為碳源，APTES為硅源，乙醇(C2H5OH)為溶劑，不加入其它反應(yīng)物和催化劑，經(jīng)過溶劑-凝膠、超臨界干燥和熱處理等一系列工藝過程制備出了介孔 α-SiC。并用 XRD、FTIR、NMR、SEM、TEM和氮?dú)馕?脫附等手段對(duì)制備的介孔SiC的組成、形貌和微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。在該方法中，溶膠-凝膠過程采用簡(jiǎn)捷的一步溶膠-凝膠法，歷時(shí)約為24 h，與文獻(xiàn)報(bào)道的一周左右時(shí)間相比大大縮短，目前國(guó)內(nèi)外尚未見通過此方法合成介孔α-SiC的報(bào)道。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑及儀器

間苯二酚、甲醛溶液、3-氨丙基三乙氧基硅烷、無水乙醇等試劑均為市售分析純,未經(jīng)進(jìn)一步提純。

樣品的分子結(jié)構(gòu)用美國(guó)Nicolet公司Nexus 670傅里葉變換紅外光譜儀(FTIR)和瑞士Bruker公司核磁共振譜儀(NMR)進(jìn)行測(cè)試；物相分析用美國(guó)熱電集團(tuán)ARL公司的ARLX'TRA型X線衍射儀(XRD)，Cu靶(λ=0.154 06 nm)，掃描速率 5°·min-1；樣品的形貌和微觀結(jié)構(gòu)用德國(guó)LEO-1530VP場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡和日本電子公司JEM-2010型透射電子顯微鏡(TEM)進(jìn)行表征；樣品的比表面積和孔徑分布根據(jù)氮?dú)馕?脫附測(cè)試結(jié)果分析，氮?dú)馕?脫附測(cè)試用美國(guó)Micromeritics公司2020型比表面積分析儀進(jìn)行表征；超臨界干燥采用美國(guó)Applied and Separation公司Helix 1.1型CO2超臨界干燥裝置；樣品的熱處理采用MTI-GSL1600X型管式爐，剛玉管內(nèi)徑72 mm。

1.2 介孔SiC的制備

室溫下將間苯二酚、甲醛、3-氨丙基三乙氧基硅烷和無水乙醇按物質(zhì)的量比 nR∶nF∶nAPTES∶nC2H5OH=1∶2∶1∶40混合均勻，將混合溶液置于60℃烘箱中反應(yīng)40 min得到RF/SiO2復(fù)合凝膠。RF/SiO2復(fù)合凝膠在750℃水浴中老化24 h，其間用無水乙醇進(jìn)行溶劑置換(每8 h更換一次無水乙醇)以除去凝膠中殘留的水和反應(yīng)物，溶劑置換后的凝膠經(jīng)過CO2超臨界干燥得到RF/SiO2復(fù)合氣凝膠。

將RF/SiO2復(fù)合氣凝膠置于管式爐中，在Ar氣氛保護(hù)下(Ar流速為 150 mL·min-1)，以 20 ℃·min-1的升溫速率加熱至8 000℃，保溫3 h，然后將Ar流速降至70 mL·min-1，以40℃·min-1的升溫速率加熱至1 5000℃并保溫3 h進(jìn)行碳熱還原反應(yīng)，然后溫度降至5 500℃，把保護(hù)氣體Ar更換為空氣，保溫3 h以燒掉多余的碳，冷至室溫后取出樣品，用HF除去SiO2等雜質(zhì)，再經(jīng)過洗滌、過濾、干燥，最終得到純的介孔SiC。

2 結(jié)果與討論

2.1 物相及組分

圖1是制備的介孔SiC的XRD圖，圖片底部同時(shí)給出了標(biāo)準(zhǔn)PDF卡片No.29-1131的衍射峰和相應(yīng)晶面?？梢钥闯?，2θ為 34°，35.7°，38.2°，60°，65.6°，71.8°，73.3°和 75.5°處的衍射峰分別與標(biāo)準(zhǔn)PDF卡片 No.29-1131給出的 6H-SiC的(101)，(102)，(103)，(110)，(109)，(116)，(203)和(0012)晶面相對(duì)應(yīng)。除此之外，介孔SiC的XRD圖中并未檢測(cè)到其它物相的衍射峰，這表明制備的樣品為純?chǔ)?SiC。根據(jù)Scherrer公式估算出介孔SiC納米顆粒的平均粒徑約為15 nm。

文獻(xiàn)報(bào)道的碳熱還原工藝制備的多孔SiC均為β晶相[3-6,15-16,22-25]，介孔α-SiC材料未見文獻(xiàn)報(bào)道。而α-SiC具有更好的高溫穩(wěn)定性，介孔α-SiC是一種潛在的耐高溫高效隔熱材料。另外，相對(duì)于β-SiC，α-SiC具有更寬的帶隙，在光電子學(xué)、高溫電子學(xué)和高頻大功率器件領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用，如6H-SiC制作的高頻大功率器件能使固態(tài)電路的功率至少提高4個(gè)數(shù)量級(jí)，并大大提高這些器件的工作溫度，用于抗輻射SiC器件可以大大增強(qiáng)軍事電子系統(tǒng)的生命力[26-27]。

常壓下生成β-SiC的溫度一般在1 754℃以上[28]，而β-SiC在2 100℃以上才轉(zhuǎn)變?yōu)棣?SiC，實(shí)驗(yàn)在較低的溫度(1 500℃)下得到α-SiC是由于前驅(qū)體RF/SiO2復(fù)合氣凝膠獨(dú)特的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)所致。一方面，作為一種通過超臨界干燥制備的氣凝膠材料，前驅(qū)體的骨架顆粒分布均勻且較小 (一般為幾個(gè)nm)[29]，這種納米效應(yīng)使得使得SiO2與C之間的反應(yīng)溫度大大降低[1]；另一方面，較小的納米顆粒使得C和SiO2之間接觸面積大大增加，而SiO2與C之間的碳熱還原反應(yīng)主要取決于兩種反應(yīng)物之間的接觸面積[30]。同樣，由于實(shí)驗(yàn)制備的介孔SiC的顆粒較小，其晶相轉(zhuǎn)變能夠在較低的溫度下快速進(jìn)行，在碳熱還原過程中，β-SiC一旦形成就轉(zhuǎn)變?yōu)棣?SiC。

圖2為制備的介孔SiC及其前驅(qū)體RF/SiO2復(fù)合氣凝膠的FTIR圖。其中1 630和3 430 cm-1處的2個(gè)吸收峰說明所測(cè)試樣品中均存在被吸附的水分子[31],2 930、1 470和1 380 cm-1分別對(duì)應(yīng)-CH2,-CH3和-CH2中 C-H的伸縮振動(dòng)吸收峰，1 100和 690 cm-1分別為SiO2中Si-O-Si的伸縮振動(dòng)吸收峰[31-32]，926 cm-1為 Si-OH 的吸收峰[33]，833 cm-1為 SiC中Si-C鍵的伸縮振動(dòng)吸收峰[31,34]。制備的介孔SiC中除了水的2個(gè)吸收峰外，僅有833 cm-1處一個(gè)明顯的吸收峰。圖3為介孔SiC及其前驅(qū)體RF/SiO2復(fù)合氣凝膠的29Si NMR圖。RF/SiO2復(fù)合氣凝膠中-100 ppm左右的共振峰分裂為3個(gè)峰，分別為Si(OSi)4(δ=-106.3 ppm)、Si(OSi)3(OH)(δ=-101.6 ppm) 和 Si(OSi)2(OH)2(δ=-97.2 ppm)的共振峰[18]。介孔 SiC 樣品的NMR譜圖中僅僅在δ=-17.3 ppm處存在1個(gè)SiC共振峰，沒有SiO2的共振峰出現(xiàn)。FTIR和NMR的分析結(jié)果都表明實(shí)驗(yàn)制備了純的SiC樣品，沒有殘留的SiO2。

2.2 形貌和微觀結(jié)構(gòu)

圖4為前驅(qū)體和所制備的介孔SiC的SEM圖像?？梢钥闯?，通過超臨界干燥得到的前驅(qū)體的微觀形貌與SiO2氣凝膠材料典型的微觀形貌類似[29,35]，為無序納米多孔結(jié)構(gòu)，由幾nm大小的顆粒組成的網(wǎng)絡(luò)骨架完整且均勻，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的孔隙率較高，這些特性將有利于碳熱還原反應(yīng)的進(jìn)行，并使得到的SiC結(jié)構(gòu)更加均勻[1]。由于表面張力的影響，常壓干燥通常無法得到網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)完善的氣凝膠材料，因此采用超臨界干燥制備前驅(qū)體材料具有明顯的優(yōu)勢(shì)[36]。對(duì)于熱處理后得到的介孔SiC材料，由于熱處理過程中樣品的收縮，孔隙率明顯下降，SiC納米顆粒則相對(duì)前驅(qū)體變大，但是呈球形的SiC納米顆粒的大小和分布更加均勻。

圖5為介孔SiC材料的TEM照片、選區(qū)電子衍射(SAED)照片和高分辨率相(HRTEM)照片。從TEM照片可以看出SiC顆粒大多分布在10～20 nm，孔隙率較低，這與XRD和SEM分析結(jié)果一致。HRTEM照片中的晶面間距為 0.235 nm，與 α-SiC的(103)晶面相對(duì)應(yīng)，結(jié)合XRD、SAED和HRTEM同時(shí)證明了所制備的介孔SiC為α-SiC。

2.3 孔結(jié)構(gòu)分析

圖6為RF/SiO2復(fù)合氣凝膠及介孔SiC的氮?dú)馕摳降葴鼐€和孔徑分布曲線，根據(jù)ISO15901的規(guī)定，基于毛細(xì)管凝聚理論(BJH)的孔徑分布模型不適用于含碳材料，因此所制備樣品的孔徑分布均 采用非定域密度函數(shù)理論(NLDFT)計(jì)算[37]。按照IUPAC的分類標(biāo)準(zhǔn)，兩種材料的吸脫附等溫線均為具有H1型滯留回環(huán)的Ⅳ型等溫線，表明所制備的材料均為介孔材料。RF/SiO2復(fù)合氣凝膠的吸脫附等溫線在相對(duì)壓力(p/p0)接近于0時(shí)具有一定的吸附量，隨著p/p0的增加，吸附量逐漸變大，并在p/p0=0.8時(shí)出現(xiàn)毛細(xì)管凝聚現(xiàn)象，在相p/p0=0.98時(shí)出現(xiàn)吸附飽和現(xiàn)象，說明材料中的孔主要是微孔和介孔，孔徑在微孔至介孔范圍內(nèi)連續(xù)分布[38]。這一點(diǎn)可以從孔徑分布曲線得到證實(shí)，RF/SiO2復(fù)合氣凝膠的孔徑分布曲線表明該材料的孔徑在1～70 nm范圍內(nèi)連續(xù)分布，峰值出現(xiàn)在9 nm左右，大孔(大于50 nm)的數(shù)量很少。

與前驅(qū)體材料相反，介孔SiC中幾乎沒有微孔，這是因?yàn)榍膀?qū)體中的微孔主要來自于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的有機(jī)碳[39]。介孔SiC材料的吸附量在p/p0＜0.9時(shí)增加不明顯，而在p/p0＞0.9后，吸附量由于毛細(xì)管凝聚急劇增加，但并未出現(xiàn)飽和，這說明介孔SiC材料的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中SiC納米顆粒大小和分布比較均勻[40]，這一點(diǎn)同樣可以從SEM圖片中看出，這是由于超臨界干燥得到的氣凝膠前驅(qū)體的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)均勻，骨架顆粒較小?？讖椒植记€同樣證實(shí)了這一結(jié)論，從介孔SiC的孔徑分布曲線可以看出，孔徑主要分布在21.7 nm和61 nm左右。介孔SiC材料中出現(xiàn)大孔(61 nm)是由于前驅(qū)體材料中含有大量的碳，除碳后，碳占據(jù)的空間產(chǎn)生的孔使得材料的孔徑變大、出現(xiàn)了一定量的大孔[5]。另外，相對(duì)前驅(qū)體而言，介孔SiC的孔徑分布更加集中，而文獻(xiàn)報(bào)道的介孔SiC的孔徑分布范圍較大。這是由于碳燒掉以后，由單一的SiC納米顆粒組成的介孔SiC的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的孔主要來自于顆粒分布比較均勻的SiC納米顆粒的堆積和碳燒蝕產(chǎn)生的大孔。通過BET模型計(jì)算出RF/SiO2復(fù)合氣凝膠和介孔SiC材料的比表面積分別為384 m2·g-1和 106 m2·g-1，與文獻(xiàn)中報(bào)道結(jié)果相近。

3結(jié) 論

以間苯二酚，甲醛和3-胺丙基三乙氧基硅烷為反應(yīng)物，無水乙醇為溶劑，通過一步溶膠-凝膠、超臨界干燥和熱處理工藝首次合成了介孔α-SiC。該合成工藝簡(jiǎn)單快捷，超臨界干燥得到的氣凝膠材料網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)完善，有利于碳熱還原反應(yīng)的進(jìn)行并對(duì)介孔SiC網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成起到積極作用。分析結(jié)果表明，所制備的介孔SiC為純的α-SiC，平均粒徑約為15 nm，BET比表面積為106 m2·g-1，孔徑主要分布在21.7 nm和61 nm附近，構(gòu)成介孔SiC骨架的SiC顆粒大小和分布均勻。該介孔SiC材料在隔熱材料、催化劑及其載體、吸附和電子材料領(lǐng)域有很大的應(yīng)用前景。本文對(duì)簡(jiǎn)單制備介孔SiC的思路提供了很好的理論指導(dǎo)。

[1]Leventis N,Sadekar A,Chandrasekaran N,et al.Chem.Mater.,2010,22(9):2790-2803

[2]WANG Yu-Xia(王玉霞),HE Hai-Ping(何海平),TANG Hong-Gao(湯洪高).J.Chinese Ceram.Soc.(Guisuanyan Xuebao),2002,30(3):372-381

[3]Chen K,Bao Z H,Du A,et al.Microporous Mesoporous Mater.,2012,149(1):16-24

[4]WANG Dong-Hua(王冬華),JIN Guo-Qiang(靳國(guó)強(qiáng)),GUO Xiang-Yun(郭向云).Chinese J.Inorg.Chem.(Wuji Huaxue Xuebao),2009,25(5):794-798

[5]LIN Jian-Xin(林 建 新),ZHENG Yong(鄭 勇),ZHENG Ying(鄭瑛),et al.Chinese J.Inorg.Chem.(Wuji Huaxue Xuebao),2006,22(10):1778-1782

[6]Li Y,Dorozhkin P S,Bando Y,et al.Adv.Mater.,2005,17(5):545-548

[7]TANG Han-Lin(唐漢玲),ZENG Xie-Rong(曾燮榕),XIONG Xin-Bo(熊信柏),et al.J.Inorg.Mater.(Wuji Cailiao Xuebao),2009,24(2):305-309

[8]Keller N,Keller V,Barraud E,et al.J.Mater.Chem.,2004,14(12):1887-1895

[9]Feng X L,Matheny M H,Zorman C A,et al.Nano Lett.,2010,10(8):2891-2896

[10]Eddy C R,Gaskill D K.Science,2009,324(5933):1398-1400

[11]Meng G W,Cui Z,Zhang L D,et al.J.Cryst.Growth,2000,209(4):801-806

[12]Bao X,Nangrejo M R,Edirisinghe M J.J.Mater.Sci.,2000,35(17):4365-4372

[13]LIU Jian(劉堅(jiān)),XU Yun-Shu(許云書),XIONG Liang-Ping(熊亮萍),etal.ChineseJ.Inorg.Chem.(WujiHuaxueXuebao),2009,25(5):823-827

[14]Qian J M,Wang J P,Qiao G J,et al.J.Eur.Ceram.Soc.,2004,24(10-11):3251-3259

[15]Jin G Q,Guo X Y.Microporous Mesoporous Mater.,2003,60(1-3):207-212

[16]Worsley M A,Kuntz J D,Satcher J H,et al.J.Mater.Chem.,2010,20(23):4840-4844

[17]Awsiuk K,Bernasik A,Kitsara M,et al.Colloids Surf.,B,2010,80(1):63-71

[18]Meador M,Fabrizio E F,Ilhan F,et al.Chem.Mater.,2005,17(7):1085-1098

[19]Borrego T,Andrade M,Pinto M L,et al.J.Colloid Interface Sci.,2010,344(2):603-610

[20]YANG Na(楊 娜),ZHU Shen-Min(朱 申 敏),ZHANG Di(張荻).Chinese J.Inorg.Chem.(Wuji Huaxue Xuebao),2007,23(9):1627-1630

[21]YE Li(葉麗),CHEN Yu-Lan(陳于藍(lán)),HAN Wei-Jian(韓偉健),et al.Aeros.Mater.Technol.(Yuhang Cailiao Gongyi),2009(6):19-22

[22]Yuan X,Lü J,Yan X,et al.Microporous Mesoporous Mater.,2011,142(2-3):754-758

[23]YE Xin-Nan(葉鑫南),ZHAO Zhong-Ling(趙中玲),LAN Lin(蘭琳),et al.J.Inorg.Mater.(Wuji Cailiao Xuebao),2008,23(2):243-246

[24]XIAO Han-Ning(肖漢寧),DU Hai-Qing(杜海清).Chinese J.Inorg.Chem.(Wuji Huaxue Xuebao),1993,9(1):96-99

[25]HAO Ya-Juan(郝雅娟),JIN Guo-Qiang(靳國(guó)強(qiáng)),GUO Xiang-Yun(郭向云).Chinese J.Inorg.Chem.(Wuji Huaxue Xuebao),2006,22(10):1833-1837

[26]HAO Yue(郝躍),PENG Jun(彭軍),YANG Ying-Tang(楊銀堂).Technology of Wide Band Semiconductor Silicon Carbide(碳化硅寬帶隙半導(dǎo)體技術(shù)).Beijing:Science Press,2000.

[27]YU Zhen-Kun(余振坤),ZHENG Xin(鄭新).J.Microwaves(Weibo Xuebao),2007,23(3):61-65

[28]Koc R,Cattamanchi S V.J.Mater.Sci.,1998,33(10):2537-2549

[29]Dorcheh A S,Abbasi M H.J.Mater.Process.Technol.,2008,199(1-3):10-26

[30]Leventis N,Chandrasekaran N,Sotiriou-Leventis C,et al.J.Mater.Chem.,2009,19(1):63-65

[31]Rami A O,Houssam E R.J.Mol.Struct.,2009,919(1-3):140-145

[32]FENG Jian(馮堅(jiān)),GAO Qing-Fu(高慶福),WU Wei(武緯),et al.Chinese J.Inorg.Chem.(Wuji Huaxue Xuebao),2009,25(2):1758-1763

[33]Lopez T,Herrera L,Mendez-Vivar J,et al.J.Non-Cryst.Solids,1992,147-148:773-777

[34]XU Zi-Jie(徐 子 頡),WANG Fei(汪 飛),LU Shan(路 珊).J.Synth.Cryst.(Rengong Jingti Xuebao),2008,37(3):730-733

[35]Cui S,Cheng W W,Shen X D,et al.Energ.Environ.Sci.,2011,4(6):2070-2074

[36]ZHANG Juan(張娟),NIE Fu-De(聶福德),YU Wei-Fei(郁衛(wèi)飛),et al.Chinese J.Energetic Mater.(Hanneng Cailiao),2009,17(1):23-26

[37]Ravikovitch P I,Neimark A V.J.Phys.Chem.B,2001,105(29):6817-6823

[38]Li F B,Qian Q L,Zhang S F,et al.J.Nat.Gas Chem.,2007,16(4):363-370

[39]YANG Xiao(楊瀟),WANG Chao-Yang(王朝陽(yáng)),FU Zhi-Bing(付志兵),et al.J.Funct.Mater.(Gongneng Cailiao),2010,41(10):1744-1749

[40]Berthon-Fabry S,Langohr D,Achard P,et al.J.Non-Cryst.Solids,2004,350:136-144

Preparation of Mesoporous α-SiC from RF/SiO2Composite Aerogels

KONG YongSHEN Xiao-Dong＊CUI Sheng ZHONG Ya
(State Key Laboratory of Materials-Oriented Chemical Engineering,College of Material Science and Technology,Nanjing University of Technology,Nanjing 210009,China)

RF/SiO2gels were synthesized in one pot by simply mixing of the monomers,and then dried to aerogels by supercritical CO2fluid drying.Mesoporous silicon carbide (SiC)was formed from the RF/SiO2composite aerogels after heat treatment(carbothermal reaction at 1 500℃for 3 h under Ar and air calcination at 550℃for 3 h)and purifying (acid-washing,filtering,drying).XRD,FTIR,NMR,SEM,TEM and nitrogen adsorption/desorption porosimetry were used to characterize the as-prepared mesoporous SiC.The results indicate that the resulting SiC was pure α-SiC,the average crystallite size was approximately 15 nm.The mesoporous SiC specimen possessed a BET surface area of 106 m2·g-1which approached to the specific surface area of porous SiC or SiC nanoparticles reported in other papers,a narrow pore size distribution,and a fairly uniform size and array.These mesoporous SiC could possibly be used as thermal insulators,catalysts,adsorbents or electrode materials.

mesoporous silicon carbide;sol-gel;supercritical drying;carbothermal reduction

O613.72

A

1001-4861(2012)10-2071-06

2012-04-12。收修改稿日期：2012-06-02。

國(guó)家安全重大基礎(chǔ)研究(國(guó)防973)(No.613120020020202)；江蘇省高校優(yōu)勢(shì)學(xué)科建設(shè)工程項(xiàng)目(PAPD)；江蘇省普通高校研究生科研創(chuàng)新計(jì)劃(CXLX11_0343)資助項(xiàng)目。

＊通訊聯(lián)系人。E-mail：xdshen@njut.edu.cn，Tel：025-83587234；會(huì)員登記號(hào)：E413200441M。