1.背景介紹

聚倍半硅氧烷(PSQs，通式為(RSiO1.5)n)因具有分子級有機無機雜化特性，其開發是目前材料化學界的熱點領域。目前，PSQ材料已廣泛應用于催化、生物診斷及靶向治療、吸附分離、光電子、超疏水材料、絕緣涂層等領域。PSQ優異的多功能性源于可定制的功能團(R=烷基、氨基、巰基等)、良好的熱穩定性和化學穩定性、生物兼容性和疏水性。目前針對甲基三甲氧基硅烷(MTMS, CH3Si(CH3O)3)的研究幾乎都是在酸催化條件下進行的，而對堿催化水解動力學的研究很少。此外，以前的研究主要集中在活化能和指前因子的確定上，但缺乏對烷氧基硅烷、水和催化劑的反應級數的系統研究。

2.實驗方案

文章中采用拉曼光譜儀（RS2000在線拉曼分析儀，北京鑒知技術有限公司）原位監測MTMS的水解反應，激發波長為785 nm，激光輸出功率為400 mW，分辨率為6 cm^-1。通過拉曼光譜測量MTMS在H2O中的溶解度，并基于水解動力學和溶解度數據，創建了MTMS微滴非均相水解過程的數學模型。

3.實驗結果分析

1)選擇了適當濃度的CH3Si(CH3O)3和CH3OH以避免固體顆粒的快速形成，這可能會影響拉曼測量。圖1顯示了縮聚反應期間的一組代表性拉曼光譜，其中631.7 cm^-1處的峰分別對應于Si-OC的振動模式。特征峰強度隨反應時間的延長而逐漸降低，表明了水解反應的程度。以該峰為定量峰，MTMS甲醇溶液的校準曲線可以看出，拉曼定量幾乎沒有相對誤差（<1%），并且結果具有足夠的可重復性，特征峰強度與MTMS濃度呈良好的線性相關性。

2)我們使用與水解反應相同的方法確定了早期縮聚反應的動力學參數。在恒溫、固定濃度的MTMS和NH4OH下，H2O的初始濃度發生變化，并利用拉曼光譜儀原位監測水解過程，根據拉曼光譜的演化反應時間和校準曲線，可以得到MTMS濃度在不同CH,0下隨時間的變化，如圖2所示。根據lnγ0與lnCH,0之間的關系，可以得到相對于MTMS的反應級數，其值為0.9。

圖1  (A)MTMS甲醇溶液的拉曼光譜圖（插圖：特征峰強度隨反應時間的變化），（B）MTMS甲醇溶液的校準曲線

圖2  (A)不同初始H2O濃度(CN=0.33 mol/L，T:15 ?C)下MTMS濃度隨反應時間的變化，（B）ln r0隨lnCH，0的函數關系圖

4.結論

1)本文采用原位拉曼光譜定量研究了堿催化下甲基三甲氧基硅烷(MTMS)的水解動力過程。

2)拉曼光譜具有測量時間短、原位、實時、無損、靈敏度高、試劑消耗少、水干擾小等優點，在定性和定量研究中具有巨大潛力。基于本文的測試數據，北京鑒知技術有限公司（江蘇鑒知）集成高性能透射光譜儀ST100S的RS2000便攜拉曼光譜儀設備能夠實現反應過程的快速和實時監測，可以成為快速MTMS水解反應動力學研究的有力工具。

5.文獻來源

6.產品推薦|ST100S透射光譜儀

1)產品簡介

光譜儀采用VPH體相位全息光柵，衍射效率近90%，結合優化至衍射極限的光路設計，提供卓越的成像效果。同時，配備的科研級深度制冷面陣CCD相機，確保極高的靈敏度和信噪比，支持多通道采集，分辨率高達3cm^-1。

2)產品優勢

·原位、無污染、快速實時的在線檢測

·高效衍射、卓越成像、高性能相機、高分辨率

如需了解更多詳情，請訪問北京鑒知技術有限公司官方網站：http://www.jinsptech.com/Product/detail/id/76.html。

原文鏈接：

C. Han, T. Tang, J. Deng, G. Luo, Quantitative determination of base-catalyzed hydrolysis kinetics of methyltrimethoxysilane by in-situ Raman spectroscopy, Chemical Engineering Journal 446 (2022) 136899.

DOI：10.1016/j.cej.2022.136889

https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.136889

【鑒知技術簡介】

北京鑒知技術有限公司（江蘇鑒知技術有限公司）是一家以光譜檢測技術為核心的專業公司，公司致力于為客戶提供更先進的產品和更快捷的物質識別方案。鑒知技術已自主研發多款拉曼光譜儀、光纖光譜儀、便攜式拉曼光譜儀、在線氣體分析儀、手持式物質識別儀等產品，已廣泛應用于化工制藥、食藥檢測、緝私緝毒、液體安檢等諸多領域。