一步法制备金/介孔二氧化硅复合粒子

doi:10.7503/cjcu20250296

摘要/Abstract

摘要：

以胆碱作为催化剂和还原剂，催化正硅酸四乙酯(TEOS)的水解/缩合反应并还原四氯金酸(HAuCl₄)，经一步协同反应过程制备了金/介孔二氧化硅复合粒子. 通过透射电子显微镜和氮气吸附-脱附表征发现，加入胆碱后随着预处理时间由4 min分别延迟到8和15 min，复合粒子的二氧化硅壳层厚度由30 nm递减到20和 8 nm；而随着反应介质中十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)的浓度从2.0 mmol/L升高至8.0 mmol/L，二氧化硅的介孔孔径由2.0 nm增大至2.8 nm. 实验中还发现，随着反应介质中水与乙醇的体积比由15∶1降低至13∶3，制得的复合粒子中金核数量增多，从单核包覆转变为多核包覆，且催化性能评价结果显示多核包覆的复合粒子具有更高的催化活性.

关键词: 介孔二氧化硅, 金粒子, 复合粒子, 催化性能

Abstract:

In this work， choline was employed as both a catalyst and a reducing agent to catalyze the hydrolysis/ condensation of tetraethyl orthosilicate and reduce chloroauric acid tetrahydrate. Through a one-step concerted reaction process， successfully prepared Au/mesoporous silica composite particles. Transmission electron microscopy（TEM） and nitrogen desorption characterization revealed that thickness of the mesoporous shell increased from 30 nm to 20 and 8 nm when the pre-treatment time after the addition of choline was delayed from 4 min to 8 and 15 min， respectively. Additionally， when the concentration of cetyltrimethylammonium bromide in the reaction medium increased from 2.0 mmol/L to 8.0 mmol/L， mesoporous pore diameter of the silica shell increased from 2.0 nm to 2.8 nm. Finally， as the volume ratio of water to ethanol decreased from 15∶1 to 13∶3， number of the Au particles encapsulated within the mesoporous silica shells could be further adjusted， transitioning from single-core to multi-core encapsulation， and the catalytic results showed that the multi-core encapsulated Au/mesoporous silica composite particles exhibited higher catalytic activity.

Key words: Mesoporous silica, Au particles, Composite particles, Catalytic performance

中图分类号:

O648

TrendMD:

韩延东, 杨文胜. 一步法制备金/介孔二氧化硅复合粒子. 高等学校化学学报, 2026, 47(1): 20250296.

HAN Yandong, YANG Wensheng. One-step Preparation of Au/Mesoporous Silica Composite Particles. Chem. J. Chinese Universities, 2026, 47(1): 20250296.

图/表 4

Fig.1 Schematic diagram of the preparation of Au/mesoporous silica composite particles using choline as both catalyst and reducing agent(A), TEM images of silica particles prepared by 2.0 mmol/L choline as catalysts(B) and Au particles prepared by reducing HAuCl4 with 2.0 mmol/L choline(C), digital photographs of Au particles captured at different stages of growth(D—G), and the corresponding UV⁃Vis absorption spectra(H), graph of pH monitoring during the growth process of Au particles(I)

Fig.2 TEM images of Au/mesoporous silica composite particles prepared at 4, 8 and 15 min(A—C) after the addition of choline, and the corresponding UV⁃Vis absorption spectra(D—F)Insets of （A）—（C）： shell thickness distribution histograms of these particles， all scale bars were 100 nm.

Fig.3 TEM images(A, C) and magnified images(B, D) of Au/mesoporous silica composite particles prepared with 2.0(A, B) and 8.0 mmol/L CTAB(C, D), nitrogen adsorption⁃desorption isotherms of the two types of particles(E) and pore size distribution curves calculated by the BJH method(F)

Fig.4 TEM images of Au/mesoporous silica composite particles prepared in different water/ethanol solvents(A—D) and the corresponding UV⁃Visible absorption spectra(E—H), UV⁃Vis absorption spectra of p⁃nitroaniline reduction catalyzed by the single⁃core Au/mesoporous silica particles(I) and the multi⁃core Au/mesoporous silica particles(J), fitted curves of the concentration -ln(ct /c0) of p⁃nitroaniline reduced by the two types of particles vs. reaction time(K)Volume ratio of water to ethanol：（A， E） 15∶1；（B， F） 14∶2；（C， G） 13∶3；（D， H） 12∶4.

参考文献 27

[1]	Zhang Z. J.， Wang L. M.， Wang J.， Jiang X. M.， Li X. H.， Hu Z. J.， Ji Y. L.， Wu X. C.， Chen C. Y.， Adv. Mater.， 2012， 24 （11）， 1418—1423
[2]	Koosha F.， Farsangi Z. J.， Samadian H.， Amini S. M.， J. Porous Mat.， 2021， 28（6）， 1961—1968
[3]	Park S. M.， Kim D. Y.， Lee K. H.， Shin Y. I.， Han S. C.， Kwon S. M.， Int. J. Nanomed.， 2024， 19， 26758—2690
[4]	Pak J.， Yoo H.， Micropor. Mesopor. Mater.， 2014， 185， 107—112
[5]	Peng Y. S.， Leng W. G.， Dong B.， Ge R. L.， Duan H. D.， Gao Y. A.， Chin. J. Catal.， 2015， 36（7）， 1117—1123
[6]	Meng C. C.， Huang M.， Li Y. C.， Chem. Res. Chinese Universities， 2023， 39（4）， 697―704
[7]	Ma Y. Z.， Nagy G.， Siebenbürger M.， Kaur R.， Dooley K. M.， Bharti B.， J. Phys. Chem. C， 2022， 126（5）， 2531—2541
[8]	Kankala R. K.， Zhang H. B.， Liu C. G.， Kanubaddi K. R.， Lee C. H.， Wang S. B.， Cui W. G.， Santos H. A.， Lin K. L.， Chen A. Z.， Adv. Funct. Mater.， 2019， 29（43）， 1902652
[9]	Lu Q.， Cui F. M.， Dong C. Q.， Hua Z. L.， Shi J. L.， Opt. Mater.， 2011， 33（8）， 1266—1271
[10]	Kumari S.， Ankush， Kaur A.， Rohilla R.， Prabhakar N.， Talanta， 2026， 298， 128964
[11]	Xu G. J.， Liu S. J.， Peng J. X.， Lv W. P.， Wu R. A.， ACS Appl. Mater. Interfaces， 2015， 7（3）， 2032—2038
[12]	Cheng S.， Wei Y.， Feng Q. W.， Qiu K. Y.， Pang J. B.， Jansen S. A.， Yin R.， Ong K.， Chem. Mater.， 2003， 15（7）， 1560—1566
[13]	Chen Y.， Chen H. R.， Guo L. M.， He Q. J.， Chen F.， Zhou J.， Feng J. W.， Shi J. L.， ACS Nano， 2010， 4（1）， 529—539
[14]	Jan J. S.， Chuang T. H.， Chen P. J.， Teng H. S.， Langmuir， 2011， 27（6）， 2834—2843
[15]	Du X.， Yao L.， He J. H.， Chem. Eur. J.， 2012， 18（25）， 7878—7885
[16]	Veneziano R.， Derrien G.， Tan S.， Brisson A.， Devoisselle J. M.， Chopineau J.， Charnay C.， Small， 2012， 8（23）， 3674—3682
[17]	Chen J. C.， Zhang R. Y.， Han L.， Tu B.， Zhao D. Y.， Nano Res.， 2013， 6（12）， 871—879
[18]	Bartosewicz B.， Bujno K.， Liszewska M.， Budner B.， Bazarnik P.， Płociński T.， Jankiewicz B. J.， Colloids Surface A， 2018， 549， 25—33
[19]	Ji X. H.， Song X. N.， Li J.， Bai Y. B.， Yang W. S.， Peng X. G.， J. Am. Chem. Soc.， 2007， 129（45）， 13939—13948
[20]	Ji X. H.， Yang W. S.， Chem. Sci.， 2014， 5（1）， 311—323
[21]	Han Y. D.， Lu Z. Y.， Teng Z. G.， Liang J. L.， Guo Z. L.， Wang D. Y.， Han M. Y.， Yang W. S.， Langmuir， 2017， 33（23）， 5879—5890
[22]	Wei L. L.， Fan Y. Q.， Lin H. F.， Che S. N.， Chem. Res. Chinese Universities， 2024， 40（6）， 1220—1226
[23]	Wong Y. J.， Zhu L. F.， Teo W. S.， Tan Y. W.， Yang Y. H.， Wang C.， Chen H. Y.， J. Am. Chem. Soc.， 2011， 133（30）， 11422—11425
[24]	Kresge C. T.， Leonowicz M. E.， Roth W. J.， Vartuli J. C.， Beck J. S.， Nature， 1992， 359， 710—712
[25]	Han Y. D.， Yang W. S.， Langmuir， 2024， 40（4）， 2352—2361
[26]	Hu C.， Fu W. H.， Yuan Z. Q.， Liu C.， Wang Z. D.， Yang W. M.， Chem. Res. Chinese Universities， 2025， 41（1）， 113―120
[27]	Grueso E.， Perez⁃Tejeda P.， Giráldez⁃Pérez R. M.， Prado⁃Gotor R.， Muriel⁃Delgado F.， J. Colloid Interface. Sci.， 2018， 529， 65—76