由于涉及到氧化硅（SiO₂）的连续成核和生长，用于SiO₂纳米粒子合成的传统Stöber工艺通常会得到粒径大、粒径分布宽的纳米粒子。快速合成粒径分布均匀（<5%分散度）和尺寸可控的SiO₂纳米粒子（20-100 nm）具有挑战性。通过原位形成瞬态胶体粒子，为SiO₂的形成提供成核表面，促进SiO₂的异相成核和生长有望解决这一难题。

近日，天普大学孙玉刚课题组，将聚丙烯酸（PAA)引入到由乙醇(含微量水)、正硅酸乙酯(TEOS)和氨水组成的Stöber合成溶液中，介导TEOS水解产物的成核和SiO₂纳米颗粒的生长。尽管PAA和氨水单独在乙醇中都有良好的溶解性，但它们反应生成的PAA-NH₃络合物在乙醇中的溶解度有限，结果形成柔性PAA-NH₃复合胶体，来提供异相成核的种子促进SiO₂纳米粒子的可控成核和生长，合成出粒径均匀和尺寸可控的纳米粒子。TEOS在PAA-NH₃复合胶体表面水解时会产生质子，当PAA-NH₃复合胶体中的NH₃被质子化后，PAA-NH₃络合物就会分解重新溶解于乙醇中，但这不会影响已形成的核的继续生长。

SiO₂纳米粒子的数量取决于溶液中PAA-NH₃复合胶体粒子的数量，PAA-NH₃复合胶体粒子的形成跟PAA和氨水的摩尔比具有很强的相关性。对于同一PAA-NH₃复合胶体，通过改变TEOS的量可以调节SiO₂纳米粒子的尺寸。应用此方法成功地合成了直径在100 nm以下的均匀的SiO₂纳米粒子（图1、2和3）。

形成PAA-NH₃胶粒的关键过程是PAA与氨发生酸碱反应生成在乙醇中溶解度差的PAA-NH₃络合物。动态光散射(DLS)确认了PAA-NH₃复合胶体的形成。PAA、氨水和乙醇可以按照两种不同的顺序混合：(i)先将PAA溶解在乙醇中，然后加入氨水(即如图1-3所示用于合成SiO₂纳米颗粒的混合顺序)，(ii)先将PAA溶解在氨水中，然后再与乙醇混合。当遵循混合序列i，PAA溶解在乙醇中形成透明的溶液，加入氨水后PAA浓度高的溶液变得半透明(图4a，上图)，证实了PAA-NH₃复合胶体的形成。DLS证实了胶体纳米粒子的形成，其流体力学直径随PAA浓度的增加而增加。按照混合顺序ii，将PAA溶解在氨水中与氨水反应生成透明的PAA-NH₃络合物溶液，加入乙醇使PAA-NH₃络合物聚集成胶体并呈现出半透明或乳白色的外观(图4a，下图)。

混合序列ii的观察结果表明，乙醇是PAA-NH₃复合物的不良溶剂，有利于PAA-NH₃胶体粒子的形成。DLS表征显示，混合序列ii形成的PAA-NH₃复合胶体比混合序列i形成的PAA-NH₃复合胶体大得多。由于合成溶液中PAA总量不变，混合序列ii形成的PAA-NH₃复合胶体粒子数量小于混合序列i，因此，在混合序列ii的溶液中，TEOS水解产物在PAA-NH₃胶粒上异相成核生长，形成粒径较大的SiO₂纳米粒子（图5）。

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