有序介孔材料是一种新型纳米结构材料,自上世纪90年代起迅速崛起,成为物理、
化学和材料学等领域的重要研究对象。这种材料通过溶胶-凝胶工艺,利用
表面活性剂形成的超分子结构作为模板,形成了孔径在2~30nm之间的规则孔道结构。Mobil公司于1992年首次成功合成M41S系列的有序介孔氧化硅铝材料,引发了广泛的关注。
有序介孔材料因其独特的孔道结构和可控的孔径范围,在分离
提纯、生物材料、
催化、新型组装材料等多个领域展现出巨大潜力。尤其是在催化领域,其表现出优于传统
分子筛的催化活性,尤其适合处理大体积分子参与的反应。此外,有序介孔材料还在
有机高分子化合物合成、环境保护、能源储存等领域发挥着重要作用。
在化学化工领域,有序介孔材料因其较大的比表面积和规整的孔道结构,成为了理想的择形催化剂。在催化重油、
渣油等催化裂化过程中,有序介孔材料显示出了卓越的催化活性。此外,有序介孔材料还可以作为
酸碱催化剂,提高
固体酸催化剂的结炭情况,促进产物的扩散速度,从而提升转化率和选择性。通过在有序介孔材料骨架中掺杂具有氧化还原能力的元素或负载催化剂,可以制造出具有更高催化活性和择形性的接枝材料。
在生物医药领域,有序介孔材料的孔径范围和无毒性使其非常适合固定和分离酶、
蛋白质等生物大分子。有序介孔材料的出现推动了
生物芯片技术的发展,使得在不同基片上形成连续的结合牢固的膜材料成为可能。此外,有序介孔材料还可以用于药物的直接包埋和控释,通过对其
官能团的修饰,可以实现药物的长效释放。
在环境能源领域,有序介孔材料作为一种光催化剂,可用于处理环境污染物。例如,介孔TiO2具有更高的光催化活性,能够有效地降解有机废物。有序介孔材料还可以用于去除水中的有害物质,如
三氯甲烷,其去除率高达97%。此外,有序介孔材料在分离和
吸附领域也有独特应用,对于
氩、
氮气、挥发性烃和低浓度重金属离子等具有较高的吸附能力。
国内有多家科研机构和单位致力于有序介孔材料的研究开发,其中包括
北京化工大学、
复旦大学、
吉林大学和
中国科学院等。随着研究工作的不断深入,有序介孔材料有望在未来得到更加广泛的应用。