介孔二氧化硅的制備方法及其應(yīng)用（SiO2）

  在 SiO2制備的初期，溶液中不穩(wěn)定的微晶聚集在一起形成穩(wěn)定的核，游離的微晶因受其表面的靜電排斥力影響而不斷向核遷移;在 SiO2粒子生長的中后期，可溶性硅酸鹽縮合物在粒子表面的凝聚起到主導(dǎo)作用。具體的生長過程如下所示:

  在氨水的作用下，TEOS中與硅相連的-OC2H5基團(tuán)先被OH-離子所取代，隨后硅酸分子間通過脫水或脫醇反應(yīng)得到Si-O-Si縮合物;縮合物濃度不斷增大，到飽和后分子之間聚集形成初級二氧化硅粒子，此時的尺寸一般為5~10 nm;初級粒子繼續(xù)生長，慢慢形成穩(wěn)定的粒子;同時，硅酸分子及其縮合物不斷地在粒子的表面聚集生長，得到球形二氧化硅納米粒子。

  溶膠-凝膠法制備的操作簡單，反應(yīng)條件溫和，可控性強，一般在室溫下就可進(jìn)行，但形成的二氧化硅納米粒子表面孔洞較少。后來科學(xué)家們在此基礎(chǔ)上引入表面活性劑，**了模板法，該方法是迄今制備介孔二氧化硅微球常用的方法之一。

模板法

  模板法主要有兩種，分別是硬模板法和軟模板法。

  硬模板法，顧名思義，就是使用現(xiàn)成的介孔材料作為模板，往材料的表面和孔道中加入前驅(qū)體，成型后除去介孔材料模板便得到所需的介孔材料。硬模板法往往需要預(yù)先合成一個與所需結(jié)構(gòu)相反的介孔材料模板,有很大的局限性，因而發(fā)展較為緩慢。

  軟模板法,就是使用特定的表面活性劑或膠體在選擇性溶劑中自組裝形成模板，然后通過溶膠-凝膠或乳化等方法，前驅(qū)體水解的產(chǎn)物會吸附在自組裝結(jié)構(gòu)的表面，產(chǎn)物經(jīng)過抽提或煅燒等手段除去模板，便得到所設(shè)計的介孔材料。

  使用陽離子型表面活性劑作為模板。使用長鏈季銨鹽（CTAB）作為模板，制備出介孔二氧化硅粒子。研究發(fā)現(xiàn)，改變季銨鹽的鏈長可以改變介孔材料的孔徑。該方法制備得到的球狀介孔二氧化硅在**液相色譜（HPLC)的色譜柱中比非球狀介孔二氧化硅表現(xiàn)出更好的分離性能。

使用陰離子型表面活性劑作為模板來制備介孔二氧化硅的例子報道較少,通常該方法用來制備金屬氧化物，使用陰離子表面活性劑AOT制備出含六方孔道的介孔 SnO2和TiO2。

  水熱法是通過水熱反應(yīng)提供-種常溫常壓下無法獲得的理化環(huán)境,在此環(huán)境下進(jìn)行材料制備的一種方法。將表面活性劑分散在水中，待加入硅源后，在酸或堿性條件下自組裝形成復(fù)合液晶相;隨后體系經(jīng)水熱處理使反應(yīng)完全,將產(chǎn)物過濾、洗滌、干燥;利用高溫灼燒或抽提等方法等除去模板劑，得到具介孔孔道的二氧化硅。

  通常有序介孔二氧化硅是在酸性或堿性環(huán)境中合成的，中性條件下卻無法得到，可能是因為在中性環(huán)境下，硅源發(fā)生水解反應(yīng)的速率較快，表面活性劑與硅源之間無法產(chǎn)生協(xié)同作用。

  使用三乙醇胺作為堿性介質(zhì),制備出單分散且具有蠕蟲孔狀結(jié)構(gòu)的介孔二氧化硅。其中，三乙醇胺可多重配位，能**減慢硅源的縮聚速率。在酸性條件下，通過水熱法制備出孔徑由2.3nm 到17nm的單分散介孔二氧化硅球，并發(fā)現(xiàn)孔隙擴張程度與溫度和pH有較大關(guān)系。

應(yīng)用

  將催化劑通過化學(xué)反應(yīng)固定在介孔孔壁上,底物分子進(jìn)入介孔孔道后能充分接觸到催化活性位點，這不僅提高了催化活性，還可以實現(xiàn)催化劑的回收以達(dá)到循環(huán)使用的目的。學(xué)者們使用磺酸改性介孔二氧化硅，然后將其用于催化2-甲基吠喃與丙酮反應(yīng)，轉(zhuǎn)化率達(dá)到85%。通過煅燒法將CuO、NiO、Co3O4金屬氧化物納米晶負(fù)載在介孔二氧化硅微球的表面及孔隙中，研究發(fā)現(xiàn)，這些復(fù)合微球均具有較好的催化性能，制備過程如圖1所示。

吸附分離

  具有超大比表面及較大孔容量的介孔二氧化硅，一直被認(rèn)為是理想的吸附材料之一。制備出疏基改性的介孔二氧化硅，并將其用于汞離子的吸附，他們發(fā)現(xiàn)，該介孔材料對汞離子有較高的選擇性和較強的吸附能力。使用水熱法制備的介孔二氧化硅來吸附苦味酸,結(jié)果表明介孔二氧化硅對有機揮發(fā)酚類有較強的吸附能力，可用于含酚廢水的處理。

**控釋載體

  介孔二氧化硅微球具有特殊的介孔結(jié)構(gòu)、易表面修飾和較好的生物相容性等性能，因而在**控釋等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用價值。嘗試將HRP固定在介孔二氧化硅球上，研究發(fā)現(xiàn)該復(fù)合材料在保證二級結(jié)構(gòu)的同時，還保持著較高的生物活性。利用中空多孔二氧化硅和頭孢拉定來模擬**的可控負(fù)載與釋放過程，研究發(fā)現(xiàn)，中空多孔二氧化硅能**減緩頭孢拉定的釋放速率，過程如圖2所示。

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