Atomic Structure and Morphology of Fumed Silica

І. Ф. Миронюк; В. О. Коцюбинський; Т. В. Дмитроца; Л. М. Солтис; В. М. Гунько

doi:10.15330/pcss.21.2.325-331

Автор(и)

І. Ф. Миронюк ДВНЗ «Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника»
В. О. Коцюбинський ДВНЗ “Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника”
Т. В. Дмитроца Івано-Франківський національний медичний університет
Л. М. Солтис ДВНЗ «Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника»
В. М. Гунько Інститут хімії поверхні імені О.О. Чуйка

DOI:

https://doi.org/10.15330/pcss.21.2.325-331

Ключові слова:

пірогенний кремнезем, кристалічний кремнезем, кластери кремнезему, силоксановий зв’язок

Анотація

У статті приведено порівняльний аналіз атомної структури і морфології пірогенних наночастинок кремнезему, які отрмані при різних умовах синтезу, за допомогою методів трансмісійної електронної мікроскопії (ТЕМ), ІЧ-спектроскопії та низькотемпературної адсорбції азоту. Визначено, що структура Х-променевоаморфного кремнезему формується відкриторозгалуженими ланцюжковими кластерами довжиною 0,6-2,4 нм. Лінійна частина цих кластерів складається з двох тетраедрів SiO₄ із спільним атомом оксигену та протилежно спрямованими вершинами. Міжтетраедричний середній кут зв’язків Si ‒ O ‒ Si становить приблизно 180˚. Показано, що пористість пірогенного кремнезему залежить від початкового ступеня агрегації наночастинок. Середній об’єм мезопор знаходиться в діапазоні 0,26-0,6 см³/г для матеріалів, які отримані за різних температур. Визначено, що середній розмір радіусу мезопор зменшується з 34 нм до 10 нм із зменшенням середнього розміру первинних наночастинок кремнезему. Вклад мікропор у загальний об’єм пор невеликий для всіх матеріалів (приблизно 0,003-0,029 см³/г).

Посилання

N.P. Bansal, R.H. Doremus, Handbook of glass properties (Elsevier, 2013).

J.H. Konnert, P. d'Antonio, J. Karle, Journal of Non-Crystalline Solids 53(1-2), 135 (1982) (doi: 10.1016/0022-3093(82)90023-0).

G.S. Smith, L.E. Alexander, Acta Crystallographica 16(6), 462 (1963) (doi: 10.1107/S0365110X63001298).

Q. Ma, H. Fang, Z. Liu, S. Wang, Applied Thermal Engineering 131, 786 (2018) (doi: 10.1016/j.applthermaleng.2017.12.062).

D. Hülsenberg, A. Harnisch, A. Bismarck, Microstructuring of glasses (Berlin: Springer) 87, 326 (2008).

J. Fraissard, B. Imelik, J. Chim. Phys. et Phys. Chim. Biol. 59(4), 415 (2002).

G.D. Chukin, A.I. Apretova, Journal of Applied spectroscopy 50(4), 418 (1989).

G.E. Maciel, D.W. Sindorf, J. Amer. Chem. Soc. 102(25), 7606 (1980) (doi: 10.1021/ja00545a056).

E. Lippmaa, M. Maegi, A. Samoson, G. Engelhardt, A.R. Grimmer, J. Amer. Chem. Soc. 102(15), 4889 (1980) (doi: 10.1021/ja00535a008).

V.I. Zarko, V.M. Gun'ko, E. Chibowski, V.V. Dudnik, R. Leboda, Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects 127(1-3), 11 (1997) (doi: 10.1016/S0927-7757(97)00021-6).

S.J. Gregg, K.S.W. Sing, Adsorption, Surface Area and Porosity, second ed. (Academic Press, London, 1982) (doi: 10.1002/bbpc.19820861019).

V.M. Gun'ko, Applied Surface Sci. 307, 444 (2014) (doi: 10.1016/j.apsusc.2014.04.055).

І.F. Мyronyuk, B.М. Yaremchuk, Т.V. Gergel, V.І. Маndzyuk, Physics and Chemistry of Solid State 7(4), 731 (2006).

V.M. Gun’ko, V.I. Zarko, V.V. Turov, O.I. Oranska, E.V. Goncharuk, Y.M. Nychiporuk, E.M. Pakhlov, G.R. Yurchenko, R. Leboda, J. Skubiszewska-Zięba, V.D. Osovskii, Y.G. Ptushinskii, A.G. Derzhypolskyi, D.A. Melenevsky, J.P. Blitz, Powder Technol. 195, 245 (2009) (doi: 10.1016/j.powtec.2009.06.005).

V.M. Gun’ko, V.V. Turov, E.M. Pakhlov, T.V. Krupska, B. Charmas, Appl. Surf. Sci. 459, 171 (2018) (doi: 10.1016/j.apsusc.2018.07.213).

V.M. Gun'ko, Chemistry, Physics and Technology of Surface 10(4), 340 (2019) (doi: 10.15407/hftp10.04.340).

L. Catoire, R. Mével, A. Kunz, P. Roth, Proceedings of the Combustion Institute 33(1), 477 (2011) (doi: 10.1016/j.proci.2010.05.009).

V.D. Khavryuchenko, O.V. Khavryuchenko, V.V. Lisnyak, Critical Reviews in Solid State and Materials Sciences 36(2), 47 (2011) (doi: 10.1080/10408436.2011.572741).

P.E. Lafargue, J.J Gaumet, J.F. Muller, A. Labrosse, J. Mass. Spectrom. 31(6), 623 (1996) (doi: 10.1002/(SICI)1096-9888(199606)31:6<623::AID-JMS333>3.0.CO;2-J).

F. Liebau, Structural chemistry of silicates: structure, bonding, and classification (Springer Science & Business Media, 2012).

V.M. Gun'ko, I.F. Mironyuk, V.I. Zarko, E.F. Voronin, V.V. Turov, E.M. Pakhlov, E.V. Goncharuk, Y.M. Nychiporuk, N.N. Vlasova, P.P. Gorbik, O.A. Mishchuk, A.A. Chuiko, T.V. Kulik, B.B. Palyanytsya, S.V. Pakhovchishin, J. Skubiszewska-Zięba, W. Janusz, A.V. Turov, R. Leboda, Journal of colloid and interface science 289(2), 427 (2005) (doi: 10.1016/j.jcis.2005.05.051).

J.R. Michalski, M.D. Kraft, T. Diedrich, T.G. Sharp, P.R. Christensen, Geophys. Res. Lett. 30(19), PLA2-1–PLA2-4 (1997).

D. Zhang, M. Zhao, R.Q. Zhang, J. Phys. Chem. B. 108(48), 18451 (2004) (doi: 10.1021/jp0469620).