八种不同来源二氧化硅的红外光谱特征研究_陈和生
第30卷第4期2011年8月
硅酸盐通报
BULLETINOFTHECHINESECERAMICSOCIETY
Vol．30No．4August，2011
八种不同来源二氧化硅的红外光谱特征研究
陈和生，孙振亚，邵景昌
（武汉理工大学材料研究与测试中心，武汉430070）
摘要：本文采用傅里叶变换红外光谱法，比较分析了八种不同来源二氧化硅红外特征谱的异同。结果显示，八种不但由于形成机理或合成方法不同，因而具有一些各自的红外特征谱。根据这些同来源二氧化硅的红外光谱相似，
红外光谱特征峰，可以区分不同来源的二氧化硅，为二氧化硅开发、研究及选用提供了科学依据。关键词：二氧化硅；不同来源；傅里叶变换红外光谱中图分类号：TQ314
文献标识码：A
1625（2011）04-0934-04文章编号：1001-
InvestigationonFT-IRSpectroscopyforEight
DifferentSourcesofSiO2
CHENHe-sheng，SUNZhen-ya，SHAOJing-chang
（CenterforMaterialsResearchandAnalysis，WuhanUniversityofTechnology，Wuhan430070，China）
Abstract：EightdifferentsourcesofSiO2wasdistinguishedbyFouriertransforminfraredspectroscopyinthepaper．Althoughtheyaresimilarininfraredspectrum，therearedifferencesinthecharacteristicpeaksofinfraredspectrumcausedbydifferenceofformingmechanismorcompositemethod．Accordingtothethecharacteristicpeaksofinfraredspectrum，differentsourcesofSiO2canbeeasilyidentified．Theresultswillprovidescientificprooffortheexploitation，studyandapplicationofSiO2．Keywords：SiO2；differentsource；Fouriertransforminfraredspectroscopy
1引言
二氧化硅是建筑材料的基石，化学式为SiO2，在自然界分布很广，种类繁多，如石英、石英砂、水晶、玛瑙、蛋白石、白炭黑等。随着科学技术不断发展，现在出现了很多人工合成的二氧化硅，如纳米二氧化硅、二
氧化硅乳液、介孔二氧化硅等。而且不同的二氧化硅具有不同的作用，如石英和石英砂，用来制造石英玻璃；
［1］纳米二氧化硅用来制造陶瓷材料、涂料、粘接剂、防水材料等。
红外光谱的产生源于物质分子的振动，不同的物质分子具有不同的振动频率可形成不同的红外光谱图，
“指纹图谱”。根据被测样品红外光谱的特征峰进行对比分析，故红外光谱又被称为物质分子的可以作为物
IR）光谱法具有操作简单、质识别和比较的重要依据。傅里叶变换红外（FT-快速灵敏、重复性好和成本低等优点，可作为二氧化硅的一种定性、快速的检测技术。本文研究了八种不同来源的二氧化硅样品，寻找二氧
化硅在其红外特征谱中的反映，比较其红外光谱的异同，提供最直接有效的鉴别方法，为人们在建筑材料上开发、研究及选用合适的二氧化硅提供理论指导。
），mail：chenwl420wh@sina．com作者简介：陈和生（1964-男，副教授．主要从事无机材料制备与表征的研究．E-
2
2．1
实验
实验仪器
KBr分束器，DTGSKBr检红外光谱在Nexus型傅立叶变换显微红外光谱仪上进行。KBr压片法制样，
-1-1
测器，分辨率：4cm，扫描次数：64，测试范围4000～400cm。2．2
样
品
不同来源二氧化硅样品八个：石英、石英砂、水晶（均来源于湖北神龙架）、玛瑙（本实验室红外制样的玛瑙研钵）、蛋白石（由我校资源学院一老师提供）、白炭黑（自制）、纳米二氧化硅粉末（为浙江舟山明日纳米材料有限公司产品）、二氧化硅乳液（自制）。
3
3．1
结果与讨论
石英的红外光谱
1086cm-1、1168图1为石英（由二氧化硅组成的矿物，半透明或不透明的晶体）的红外光谱，由图1可见，
cm-1强而宽的吸收带是Si-O-Si反对称伸缩振动峰，798cm-1、779cm-1、695cm-1、515cm-1和462cm-1处的峰为石英砂的红外光谱
1083cm-1、1167图2为石英砂（指含二氧化硅较多的河砂、海砂、风化砂等）的红外光谱，由图2可见，
O-Si反对称伸缩振动峰，795cm-1、779cm-1、692cm-1和461cm-1处的峰为Si-O键对cm-1强而宽的吸收带是Si-
［2］
Si-O键对称伸缩振动峰，这些峰与石英的标准图谱一致。
3．2
-1称伸缩振动峰，石英有515cm处的峰，石英砂此处的峰不明显。总体来说，与石英的图谱基本一致
。
图1Fig．1
石英的红外光谱FT-IRof
quartz
图2Fig．2
石英砂的红外光谱FT-IRofquartzsand
3．3水晶的红外光谱
1085cm-1、1170cm-1强而宽的吸图3为水晶（大而透明棱柱状的石英为水晶）的红外光谱，由图3可见，
O-Si反对称伸缩振动峰，798cm-1、779cm-1、695cm-1、519cm-1和462cm-1处的峰为Si-O键对称伸收带是Si-与石英的图谱一致。缩振动峰，
3．4玛瑙的红外光谱
图4为玛瑙（玛瑙是玉髓类矿物的一种，经常是混有蛋白石和隐晶质石英的纹带状块体）的红外光谱，1087cm-1、1166cm-1强而宽的吸收带是Si-O-Si反对称伸缩振动峰，798cm-1、781cm-1、694cm-1、由图4可见，
512cm-1和464cm-1处的峰为Si-O键对称伸缩振动峰，与石英的图谱一致。3．5
蛋白石的红外光谱
蛋白石（蛋白石是天然硬化的二氧化硅胶凝体，含5%～10%的水分）是二氧化硅的水合物，成分为SiO2
·nH2O，1095cm-1吸收带是Si-O-Si是非晶质结构，无一定的外形。图5为蛋白石的红外光谱，由图5可见，
794cm-1和470cm-1处的峰为Si-O键对称伸缩振动峰，1640cm-1的峰是水的H-OH弯曲振反对称伸缩振动，
［3］
3411cm-1附近的宽峰是结构水-OH反对称伸缩振动峰，动峰，与蛋白石的标准谱图一致。
图3Fig．3
水晶的红外光谱FT-IRofquartz
crystal
图4Fig．4
玛瑙的红外光谱FT-IRofcarnelian
3．6白炭黑的红外光谱
白炭黑是白色粉末状X射线无定形硅酸和硅酸盐产品的总称，主要是指沉淀二氧化硅、气相二氧化硅、
超细二氧化硅凝胶和气凝胶，也包括粉末状合成硅酸铝和硅酸钙等。白炭黑化学式SiO2·nH2O即水合二4］1095cm-1强而宽的吸收带氧化硅。图6为白炭黑（由稻壳，按文献［方法制备）的红外光谱，由图6可见，
O-Si反对称伸缩振动峰，798cm-1、466cm-1处的峰为Si-O键对称伸缩振动峰，3450cm-1处的宽峰是结是Si-OH反对称伸缩振动峰，1638cm-1附近的峰是水的H-O-H弯曲振动峰，955cm-1处的峰属于Si-OH的弯构水-4］曲振动吸收峰。其红外光谱图与文献［报导一致
。
图5蛋白石的红外光谱
FT-IRof
opal
图6Fig．6
白炭黑的红外光谱
Fig．5FT-IRofwhitecarbonblack
3．7
纳米二氧化硅粉末的红外光谱
所用纳米二氧化硅粉末（为浙江舟山明日纳米材料有限公司产品）未煅烧样品的KBr压片红外谱图见
［5］
图7所示。由图7中可以看出样品吸收峰与二氧化硅凝胶标准谱图吻合
，均为SiO2·xH2O的特征峰。
1093cm-1强而宽的吸收带是Si-O-Si反对称伸缩振动，799cm-1、467cm-1处的峰为Si-O键对称伸缩振动和弯3449cm-1处的宽峰是结构水-OH反对称伸缩振动峰，1637cm-1附近的峰是水的H-O-H弯曲振动峰，曲振动，
958cm-1处的峰属于Si-OH的弯曲振动吸收峰，550℃煅烧后该处的峰消失（红外谱图见图8所示），说明煅OH完全缩合成Si-O-Si键。此外2961cm-1、2930cm-1、2857cm-1等吸收峰经煅烧后也消失，这主烧过程中Si-要是由煅烧除去了有机物所致3．8
［5-7］
。
二氧化硅乳液的红外光谱
8］按文献［方法制备二氧化硅乳液，经洗涤、离心分离后于110℃干燥4h，所得白色疏松粉末经KBr压
1113cm-1附近强而宽的吸收带是Si-O-Si反对称伸缩振动，800片后进行红外光谱测试，结果如图9所示，
cm-1、473cm-1处的峰为Si-O键对称伸缩振动峰，3455cm-1处的宽峰是结构水-OH反对称伸缩振动峰，1635cm-1附近的峰是水的H-O-H弯曲振动峰，972cm-1处的峰属于Si-OH的弯曲振动吸收峰，700℃煅烧后该处
OH完全缩合成Si-O-Si键。此外2923cm-1、2852说明煅烧过程中Si-的峰消失（红外谱图见图10所示），
［5-7，9］
cm-1等吸收峰经煅烧后也消失，。这主要是由于煅烧除去了有机物所致
图7Fig．7
未煅烧的纳米二氧化硅粉末的红外光谱FT-IRofunburnednanometersilicapowder
图8Fig．8
纳米二氧化硅粉末550℃煅烧后的的红外光谱FT-IRofnanometersilicapowderburnedat550℃
图9Fig．9
二氧化硅乳液110℃干燥4h后红外光谱FT-IRofsilicalatexofdringfor4hat110℃
图10二氧化硅乳液700℃煅烧后的红外光谱FT-IRofsilicalatexburnedat700℃
Fig．10
4结论
-1
O-Si反对称伸缩振动峰，800cm-1附上述八种不同来源的二氧化硅中，每种均具有1090cm附近的Si-O键对称伸缩振动峰，470cm-1附近的Si-O键对称伸缩振动峰，但不同来源的二氧化硅，又有各自的近的Si-
特征峰，这些特征峰可以很好地将它们区别开来。因此，傅里叶变换红外光谱是快速、准确鉴别建筑材料基
石二氧化硅的一种有效手段，也是鉴别其它建筑材料不可缺的一种手段。
参
［1］芳［2］曹颖春，李［3］曹颖春，李
考文献
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