赵东元院士课题组最新综述

文摘   2024-09-27 11:30   北京  

超小介孔纳米粒子(<50 nm)是一种独特的多孔纳米材料,由于其具有丰富的介孔、低密度、高比表面积、众多反应位点、大腔空间、超小尺寸等优点,受到广泛的关注。

超小介孔纳米粒子的构建在诸如:限域催化、功能客体包覆、吸附、储能以及生物医学药物的可控递送和释放等多个领域中,已证明具有巨大的潜力。主要独特性质请见图1。

图1:介孔纳米粒子的主要独特性质1

赵东元院士课题组对超小介孔纳米粒子的制备、功能化方法、应用进展方面进行了综述,尤其是首次对基于四种不同类型的单胶束软模板的超小介孔纳米粒子的界面组装工程及其相应的合成机理提进行了深入的探讨。

超小介孔纳米粒子因其高表面能通常易于在溶液中聚集,通过采用小分子或配合物对其进行表面修饰,但极易受到环境影响,导致纳米粒子的聚集。作为一种替代方法,聚合物单胶束导向策略已被证明是获得超小介孔纳米粒子的有效方法。

文章总结了四种稳定的单胶束介导的介孔纳米粒子的合成方法(请见图2)。第一类是Pluronic三嵌段共聚物胶束,主要有F108,F127,P123等。第二类是实验室制备的嵌段共聚物单胶束,主要有两嵌段(PS-b-PEO,PMMA-b-PEO,PS-b-PAA等)和三嵌段(PS-b-P4VP-b-PEO,PS-b-PAA-b-PEO等)。第三类是单分子星型嵌段共聚物。第四类是离子表面活性剂。

图2:嵌段聚合物组装成单胶束的过程的四个示意图

a) Pluronic F127 共聚物单胶束。b) 阳离子十六烷基三甲基溴化铵 (CTAB) 离子单胶束。c) ABC 型嵌段共聚物单胶束。d) 星状共聚物单胶束1。

文章特别提及,通过热力学方法获得的ABC共聚物胶束可以克服超小介孔纳米粒子合成中的稳定性挑战。此外,这种胶束可以分散在许多极性溶剂中,其独特的核-壳-冠结构有利于抑制团聚问题。其中还描述了如何通过调整嵌段共聚物的分子量和长度来控制纳米粒子的形状和大小。

本文同时总结了超小介孔纳米粒子的三种功能化方法,分别为:将纳米粒子封装到核心中作为纳米反应器,活性成分在外壳中的填充以及 Janus 介孔粒子的构建。文章最后还对功能性超小无机介孔材料在催化、储能和生物医学中的典型应用进展进行了讨论。

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  • 涵盖二氧化硅、碳、二氧化钛三种材料;

  • 介观结构高度有序,且比表面积高、孔体积大、孔径分布窄;

  • 表面易有机官能团化,可修饰巯基、氨基、环氧化物、咪唑等基团;

  • 颗粒分散性好,不易团聚、沉降,便于后期对介孔材料催化、吸附、分离的进一步研究。

介孔TiO213463-67-7

应用领域:电极材料(如染料敏化太阳能电池);光催化剂(如光催化制氢、光催化降解有机污染物等)。


品名

规格

货号

Mesoporous TiOmicrospheres
介孔二氧化钛亚微米球

diam: 600-2500 nm, SSA:80-157 m/g,  pore size: 5-12 nm, pore volume:0.2-0.56 cm/g

2748683


介孔SiO27631-86-9

应用领域:催化剂载体(如贵金属、金属氧化物等);污染物吸附剂及检测器(如H2S、甲醛、藻毒素等);纳米药物载体(如细胞色素C、血清蛋白等)。


品名

规格

货号

Mesoporous silica SBA-15
介孔二氧化硅  SBA-15

diam: 500-2000 nm, SSA:  700-1100 m2/g, pore size: 6-11 nm, pore volume: 0.6-1.3 cm3/g

2748670

Mesoporous silica SBA-16
介孔二氧化硅  SBA-16

diam:>1000 nm, SSA: 600-960 m2/g,  pore size: 5-12 nm, pore volume: 0.50-0.95 cm3/g

2748671

Mesoporous silica nanosphere
介孔二氧化硅纳米球

diam: 60-250 nm, SSA: 410-680 m2/g,  pore size: 2.8-13.3 nm, pore volume: 0.57-1.66 cm3/g

2748679

Sea urchin-like mesoporous  silica nanosphere
海胆状介孔二氧化硅纳米球

diam: 120-250 nm, SSA: 200-450  m2/g, pore size: 2.0 - 3.0 nm, pore volume: 0.35-0.56 cm3/g

2748694

Hollow silcia nanosphere
空心二氧化硅球

diam: 200-800 nm, SSA: 350-800  m2/g, pore size: 2.0-4.0 nm, pore volume: <1.4 cm3/g

2748684


介孔碳(7440-44-0

应用领域:油水分离剂;电极材料(如电池和超级电容器);催化剂载体(如贵金属、金属氧化物等);有机污染物吸附剂(如丙酮、苯、罗丹明B等);纳米过滤器(如无机纳米颗粒、生物分子)。


品名

规格

货号

Mesoporous carbon FDU-15
介孔碳 FDU-15

diam:>1000 nm, SSA: 540-1500 m2/g,  pore size: 3.5-8 nm, pore volume: 0.4-1.31 cm3/g

2748672

Mesoporous carbon FDU-16
介孔碳 FDU-16

diam:>1000 nm, SSA: 510-900 m2/g,  pore size: 3.7-6.8 nm, pore volume: 0.4-0.85 cm3/g

2748673

Mesoporous carbon C-CS
介孔碳C-CS

diam:>1000 nm, SSA: 1000-2300 m2/g,  pore size: 5.8-6.8 nm, pore volume: 0.7-2.0 cm3/g

2748676


参考文献

Jie Wang, Xiankai Fan, Xiao Han, Kangle Lv, Yujuan Zhao, Zaiwang Zhao, Dongyuan Zhao. Adv. Mater. 2024, 2312374

百灵威
百灵威成立于1992年,提供高纯有机试剂、无机试剂、生化试剂、分析试剂、标准品、医药中间体、超精细材料及实验室仪器耗材等800,000 余种产品。
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