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介孔二氧化硅材料的簡介

介孔材料是一種孔徑介于微孔與大孔之間的新型材料。國際純粹和應(yīng)用化學(xué)協(xié)會(IUPAC)根據(jù)孔徑大小的不同,，將多孔材料分為三類：小于2nm的為微孔(microporous)材料,；介于2-50nm的為介孔(mesoporous)材料；大于50nm的為大孔(macroporous)材料,。

多孔材料的孔徑分類圖

介孔材料依照化學(xué)組成,，可分為硅基和非硅基兩大類。非硅基介孔材料主要包括過渡金屬氧化物,、磷酸鹽和硫化物等,。相較非硅基介孔材料，硅基介孔材料的研究更為成熟,。硅基介孔材料具有孔道結(jié)構(gòu)規(guī)則,，孔徑分布狹窄等特點(diǎn),，廣泛應(yīng)用于分離提純、吸附,、催化,、傳感、藥物裝載及緩釋等領(lǐng)域,。

介孔二氧化硅材料的分類和特點(diǎn)

介孔二氧化硅材料的應(yīng)用

介孔二氧化硅材料具有優(yōu)異吸附材料的特性：孔道結(jié)構(gòu)有序性,；孔徑分布單

一性和可調(diào)控性，介孔形狀多樣性,。使其在吸附分離,，工業(yè)催化、生物醫(yī)學(xué),、環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域具有極為重要的作用,。

（1）較高的比表面積和較大的孔體積，使其可以作為藥物載體或催化載體應(yīng)用于醫(yī)藥和催化領(lǐng)域,。

（2）孔徑呈單一分布,，并且調(diào)控范圍寬，使其可以作為可控反應(yīng)器制備半導(dǎo)體材料,。

（3）獨(dú)特的孔壁結(jié)構(gòu)和微觀形貌,，使其在光學(xué)和電學(xué)領(lǐng)域有非常好的應(yīng)用前景。

（4）熱穩(wěn)定性和水熱穩(wěn)定性良好,，同時(shí)表面附有大量硅羥基,，可以進(jìn)行表面化學(xué)改性，使其成為一種很有前途的新型復(fù)合載體,。

介孔二氧化硅材料的改性

介孔二氧化硅材料表面含有大量羥基,，表面能量較高，很容易團(tuán)聚,，影響有機(jī)體的分散,，均勻性變差，導(dǎo)致組裝材料的利用率明顯降低,。因此,，進(jìn)行改性能降低其表面能量，有效的提高分散率,。改性的方法很多,，有表面物理修飾和表面化學(xué)修飾兩大類。

表面物理修飾主要通過吸附,，包裹等物理作用,，利用紫外線,，等離子體等手段對粒子的表面進(jìn)行改性,。

表面化學(xué)修飾主要利用偶聯(lián)劑進(jìn)行改性,。通過含有機(jī)官能團(tuán)的偶聯(lián)劑與介孔二氧化硅材料作用，將功能官能團(tuán)以共價(jià)鍵方式嫁接到介孔材料孔壁上,，實(shí)現(xiàn)介孔二氧化硅材料的功能化,。常用的表面化學(xué)修飾方法有兩種：共縮聚法和后嫁接法。

共縮聚法(co-condensation),，即一步制備法,，是在模板劑作用下，將有機(jī)偶聯(lián)劑與無機(jī)源同時(shí)加入到體系中,，在生成介孔結(jié)構(gòu)的同時(shí)將官能團(tuán)引入到孔道中,。

共縮聚法制備介孔二氧化硅材料

優(yōu)點(diǎn)：可以制備負(fù)載量較高，分散均一的功能化介孔二氧化硅材料,。

缺點(diǎn)：制備條件是酸性或堿性,，許多偶聯(lián)劑在這種條件下極不穩(wěn)定，容易分解或變性,。同時(shí),，引入的官能團(tuán)量過大也將破壞材料介孔結(jié)構(gòu)的形成。

后嫁接法(post-synthesis)是先制備介孔二氧化硅材料,，再將偶聯(lián)劑加入到已制備的介孔二氧化硅材料中,，在有機(jī)溶劑中回流。

后嫁接法制備介孔二氧化硅示意圖

特點(diǎn)：反應(yīng)通常在氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行,，能夠抑制偶聯(lián)劑自身水解,，整個(gè)修飾過程不會破壞介孔材料本身的結(jié)構(gòu)，還能很好的控制功能化程度,，所以后嫁接法更多被使用,。

在此基礎(chǔ)上更復(fù)雜的嫁接也相繼出現(xiàn)，如多步嫁接,。也有很多研究者通過不同的方法改性介孔二氧化硅材料,，以提高其處理廢水中重金屬離子的能力。

涂層法

涂層法原理和嫁接法類似,，利用介孔二氧化硅表面的硅羥基和有機(jī)硅烷反應(yīng),同時(shí)在少量水分輔助下,，有機(jī)硅烷之間也可以發(fā)生自聚反應(yīng),從而形成一種層狀物。涂層法可以產(chǎn)生大量的有機(jī)官能團(tuán),在材料的孔結(jié)構(gòu)不被顯著堵塞的情況下,，有可能成為一種良好的吸附劑,。

浸漬法

浸漬法是將一種或幾種活性組分通過浸漬載體，負(fù)載在載體上的方法,。通常是用載體與活組組分溶液接觸,使活性組分溶液吸附或貯存在載體毛細(xì)管中,，除去過剩的溶液,再經(jīng)干燥活化制得吸附劑。

鑲嵌法

有序介孔材料所特有的,、納米范圍內(nèi)規(guī)則排列,、連續(xù)可調(diào)的孔道結(jié)構(gòu),無疑為人們對納米粒子的研究提供了良好的物質(zhì)條件,。從而為在微觀角度研究介孔材料的物理、化學(xué)特性提供了有力的依據(jù),。利用鑲嵌方法,在介孔孔道內(nèi)裝載并形成均勻,、穩(wěn)定且尺寸可調(diào)的離子、原子或分子團(tuán)簇,文獻(xiàn)中已有大量報(bào)導(dǎo),。

參考資料：

趙大洲.兩種形態(tài)介孔二氧化硅的功能化及不同形貌碳酸鈣的制備

魏建文.介孔二氧化硅改性及其吸附CO2研究

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/三昧）

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