ATR-IRおよびTir-Raman分光法によって観察されたアモルファスシリカフィルムの室温水分補給/脱水症の間に、室温の水分補給中の表皮のシロキサン間相互変換

シリカは、表面化学が重要な役割を果たしている多くの実用的な文脈での重要性のために、赤外線およびラマン分光法を使用して頻繁に研究されてきました。これらの研究の大部分は、高温焼成後に化学蒸気堆積膜を掃除機で利用しています。しかし、薄いシリカ粒子フィルムの室温の水分補給と脱水は、ポリマーや界面活性剤の吸着の基質などのこのようなフィルムの重要性にもかかわらず、十分に特徴付けられていません。本研究では、さまざまな湿度にさらされたATR-IR分光法と薄いシリカ粒子フィルムを利用して、半empiricalピークデコンボリューションを必要とせずに、表面シロキサンと水素結合シラノールの間の可逆的変換を明確に示すことができました。重水素化シリカフィルムの対応する水和実験からのIRスペクトルは、振動モードの割り当てを確認しました。異なるpHのシリカ懸濁液から形成されたシリカ膜上の湿度の変動により、シラノール表面グループに対するシラキシドの相対集団の変化と一致するIRスペクトルが得られました。さらに、総内部反射ラマン分光法を使用して、アルゴンの下でフィルムが脱水されたときに3員シロキサンリングの存在のスペクトル証拠を持つ、室温脱ヒヒドロキシル化のさらなる証拠を提供しています。室温のシロキサンからシラノールの相互変換の確認は、多くのシリカ表面化学コンテキストでの理解に利益をもたらすと予想されます。

Silica has been frequently studied using infrared and Raman spectroscopy due to its importance in many practical contexts where its surface chemistry plays a vital role. The majority of these studies have utilized chemical-vapor-deposited films in vacuo after high-temperature calcination. However, room-temperature hydration and dehydration of thin silica particle films has not been well characterized in spite of the importance of such films as substrates for polymer and surfactant adsorption. The present study has utilized ATR-IR spectroscopy and thin silica particle films exposed to varying humidity to clearly show reversible conversion between surface siloxanes and hydrogen-bonded silanols without the need for semiempirical peak deconvolution. The IR spectra from corresponding hydration experiments on deuterated silica films has confirmed the vibrational mode assignments. The variation of humidity over silica films formed from silica suspensions of differing pH gave IR spectra consistent with the change in the relative populations of siloxide to silanol surface groups. In addition, total internal reflection Raman spectroscopy has been used to provide further evidence of room-temperature dehydroxylation, with spectral evidence for the presence of three-membered siloxane rings when films are dehydrated under argon. The confirmation of room-temperature siloxane-to-silanol interconversion is expected to benefit understanding in many silica surface chemical contexts.