中国粉体网讯 多孔材料,顾名思义,材料具有“孔”。自然界是一个神奇的世界,蜂窝是一个非常形象地展示“孔”的存在。这种肉眼可见的“孔洞”按照六方形规则的排列。对没有涉及多孔材料行业的人来说,可能不了解多孔材料。
然而多孔材料经常出现在我们身边,我们家庭装修后,通常会买一些活性炭,用于消除难闻的气味;在食品包装里面,会有除湿的物品。在电子显微镜下,发现活性炭、除湿剂具有纳米级别的孔结构。
图活性炭
多孔材料的分门别类
提到“孔”该如何分类，自然而然的想到孔有大有小，依据孔径分类既直观也很符合我们的第一反应。国际纯粹和应用化学联合会(IUPAC)就依照孔径尺寸大小,将多孔材料分为三类:
微孔材料、中孔(介孔)材料和大孔材料。
1微孔材料
孔径在2nm以下的为微孔材料，包括硅钙石、泡沸石和活性炭等，其中最典型的是沸石分子筛。
沸石分子筛的宏观状态
沸石分子筛是以Al和Si等为基的结晶硅铝酸盐，孔道结构规则，但是孔径尺寸均小于1.5nm,这限制了沸石分子筛只能被用于涉及小分子的应用中，并不适用于对大分子的吸附和催化作用。
2大孔材料
孔径在50nm以上的为大孔材料，包括水泥、多孔玻璃和多孔陶瓷等，其孔径尺寸大，但是分布范围宽，在应用中不及孔道结构规则的微孔沸石分子筛。
3介孔材料
孔径尺寸介于2~50nm的为中孔(介孔)材料，如MCM-41、层状粘土等，具有孔径分布窄、较好的热稳定性以及较高的比表面积等优异性能。
这种材料的出现将多孔材料具有的规则孔径从微孔领域扩展到了介孔领域，解决了沸石分子筛难以完成的大分子催化，以至于这种材料一出现就成为了国际上跨材料、物理和化学等领域最热门的研究课题之一。
介孔材料示意图
另外，上面介绍的几类多孔材料,根据它们的组成结构,又有另一种分类方法。
其分为无机孔材料、无机-有机杂化孔材料以及有机骨架材料。
无机多孔材料是原子通过离子键连接形成；无机-有机杂化多孔材料是通过有机配体与金属原子之间的配位键形成；有机多孔材料是基块之间通过共价键连接形成。
它们的组成及键连方式决定了各自具有相应的优点与缺点。
无机多孔材料,骨架牢固,稳定性好,但修饰性差;无机-有机杂化多孔材料,结构可调控,修饰性良好,但稳定性差;有机多孔材料,结构可调控,稳定性好,但骨架柔性大。
多孔材料的广泛应用
无机多孔材料，无论是从微孔、介孔到大孔，在工业催化、吸附分离、离子交换、主客体化学等领域都得到了广泛地研究和应用，尤其是作为高效催化剂及催化剂载体，它们引导了石油化工领域的巨大进步。
与此同时，随着各学科间的相互交叉渗透，无机多孔材料的功能化应用已经延伸到微电子学，分子/光学器件学以及药学/生物学等高新技术领域。
微孔材料应用
微孔分子筛除了在吸附分离，离子交换，以及催化等传统领域的广泛应用外，在主-客体组装，分子筛膜等新领域的应用也得到了人们越来越多的关注并取得了突破性的进展。
由于微孔分子筛含有直孔道、交叉孔道、笼型孔道等不同类型，不同性质的、大小的客体分子很容易通过离子交换、液气相、瓶中造船(Ship-in-bottle)等方法进入微孔分子筛主体组装形成微孔主-客体材料。
这种复合手段赋予了新材料不同于原材料的新功能与性质。客体物种可分为如下几类:碳材料或聚合物；金属或金属簇；有机染料分子；半导体纳米粒子。
这些复合物在光天线，FRET敏化太阳能电池，太阳能聚光器，变色媒体，以及传感等领域显示了巨大的应用前景。
介孔材料的广泛应用
自从1992年Mobil公司正式报道了MCM系列介孔材料以后，人们就开始了对介孔材料功能化的研究。
功能化介孔SiO2已经在催化、发光材料、水处理、生物医学等领域有非常广泛的应用。
介孔二氧化硅示意图
目前，功能化的介孔二氧化硅颗粒被广泛用于药物传递与释放领域，已成为当前研究热点。
现在，国内外的许多研究者都致力于这方面的研究。例如，以介孔分子筛球为载体，通过在表面修饰不同的功能材料，制备了一系列具有pH，热，光，磁等响应或多重响应的复合材料，实现了对所装载药物的定向释放，并为以后一些副作用较大的疾病，如癌症等的定向治疗奠定了理论基础。
大孔材料应用
在发现了微孔和介孔材料之后，基于对多层次结构的更高追求，人们开始了对大孔材料的开发。
比如当孔径达到光波长范围内，有序的大孔材料会出现意想不到的光学性质；在孔径可以调控的情况下，可以作为催化剂载体或药物载体，有利于物质的扩散和传输。可见，大孔材料在实践工业生产中有很好的应用前景。
结语
当今，绿色、节能、高效已成为材料技术发展的主流趋势，人们也对多孔材料的功能提出了更多要求，开发多孔材料在光、电，磁以及催化领域的应用已成为重要任务，多孔材料的应用潜力将被进一步挖掘，多孔材料的市场前景也将越发广阔。
参考来源
王小芳.无机多孔材料的制备及功能化研究
张丽丽.高比表面积介孔氧化铝的制备与表征
任浩等.有机多孔材料:合成策略与性质研究
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