一、合成方法

（一）模板法（主流方法）

1. 硬模板法

• 典型步驟：

• 模板制備：常用模板包括二氧化硅微球、聚合物微球（如聚苯乙烯）、金屬氧化物納米顆粒等。

• 硅源包覆：以正硅酸乙酯（TEOS）為硅源，在模板表面水解縮合形成二氧化硅殼層。

• 模板去除：通過氫氟酸（HF）刻蝕（針對二氧化硅模板）、煅燒（針對聚合物模板）或溶劑溶解（如四氫呋喃溶解聚苯乙烯）去除內(nèi)核模板，得到中空結(jié)構(gòu)。

• 優(yōu)勢：結(jié)構(gòu)可控性高，中空尺寸和殼層厚度可通過模板尺寸調(diào)節(jié)。

• 案例：以二氧化硅微球為模板，通過 TEOS 包覆后用 HF 刻蝕內(nèi)核，可制備粒徑 50-500 nm 的中空介孔二氧化硅。

2. 軟模板法

• 典型類型：

• 乳液模板法：通過油 - 水 - 表面活性劑形成乳液滴（如 W/O 或 O/W 乳液），硅源在液滴界面聚合形成殼層，去除有機(jī)相后得到中空結(jié)構(gòu)。

• 膠束模板法：以陽離子表面活性劑（如十六烷基三甲基溴化銨，CTAB）形成棒狀膠束，作為介孔孔道的模板，同時通過乳液或氣體泡核形成中空腔體。

• 優(yōu)勢：操作簡單，無需復(fù)雜模板去除步驟，適合大規(guī)模制備。

• 案例：以 CTAB 為介孔模板，結(jié)合油相乳液滴作為中空核，制備兼具介孔孔道和中空腔體的二氧化硅納米顆粒。

3. 雙模板法

• 操作：先以硬模板（如聚合物微球）形成中空核，再在殼層引入軟模板（如 CTAB）誘導(dǎo)介孔形成，最后去除雙模板。

• 優(yōu)勢：可精確調(diào)控中空尺寸和介孔孔徑（通常 2-50 nm），適用于高負(fù)載需求場景。

（二）自組裝法

• 原理：通過調(diào)節(jié) pH 值、溫度或添加電解質(zhì)，使硅溶膠顆粒在溶液中自組裝成空心球，同時通過表面活性劑調(diào)控介孔結(jié)構(gòu)。

• 案例：在堿性條件下（如氨水體系），TEOS 水解后自組裝形成中空介孔二氧化硅，表面活性劑 CTAB 輔助形成介孔孔道。

（三）其他方法

• 噴霧干燥法：將硅源溶液與表面活性劑混合后噴霧干燥，經(jīng)煅燒去除有機(jī)物，形成中空介孔結(jié)構(gòu)。

• 生物模板法：以生物大分子（如蛋白質(zhì)、病毒）或微生物為模板，誘導(dǎo)硅源沉積后去除生物模板，具有綠色合成優(yōu)勢。

二、應(yīng)用領(lǐng)域

（一）藥物遞送與生物醫(yī)學(xué)

• 載藥與控釋：中空腔體可裝載疏水性藥物（如抗癌藥物），介孔孔道可吸附水溶性藥物，通過 pH 響應(yīng)、酶響應(yīng)或光響應(yīng)實現(xiàn)藥物控釋。

• 案例：裝載阿霉素的中空介孔二氧化硅，在腫瘤微酸性環(huán)境中釋放藥物，提高化療效率并降低毒副作用。

• 生物成像與診療一體化：表面修飾熒光探針或磁性納米顆粒后，可用于 CT/MRI 成像引導(dǎo)下的藥物遞送。

（二）催化與納米反應(yīng)器

• 多相催化：高比表面積和中空腔體為催化反應(yīng)提供充足活性位點(diǎn)，同時空腔可限制反應(yīng)物擴(kuò)散，提高選擇性。

• 案例：負(fù)載貴金屬（如 Pt、Au）的中空介孔二氧化硅用于催化甲醇氧化或 CO 加氫反應(yīng)。

• 納米反應(yīng)器：中空結(jié)構(gòu)可作為微型反應(yīng)容器，實現(xiàn)限域合成納米材料（如量子點(diǎn)、金屬有機(jī)框架）。

（三）環(huán)境治理與吸附

• 污染物吸附：介孔孔道對重金屬離子（如 Pb2?）、有機(jī)污染物（如染料）具有高吸附容量，中空結(jié)構(gòu)可提高傳質(zhì)效率。

• 案例：用于去除水中的亞甲基藍(lán)染料，吸附量可達(dá) 500 mg/g 以上。

• 氣體存儲：介孔結(jié)構(gòu)可吸附 CO?、CH?等氣體，用于碳捕獲或能源存儲。

（四）傳感器與光電子材料

• 化學(xué)傳感器：介孔表面可修飾識別分子（如抗體、酶），對目標(biāo)物質(zhì)（如葡萄糖、重金屬）產(chǎn)生響應(yīng)，中空結(jié)構(gòu)可放大信號。

• 光催化載體：負(fù)載光催化劑（如 TiO?）后，用于降解有機(jī)污染物或光解水制氫。

（五）功能復(fù)合材料

• 化妝品與涂料：作為填料添加到化妝品中，利用介孔吸附油脂，或用于涂料中提高耐磨性和耐腐蝕性。

• 能源材料：作為鋰離子電池的負(fù)極材料載體，緩解體積膨脹問題，提高循環(huán)穩(wěn)定性。

中空介孔二氧化硅

氨基中空介孔二氧化硅

羧基中空介孔二氧化硅