功能多孔復合材料在能源、生物、醫學、智能傳感等領域具有廣闊的應用。作為一種新型功能材料,磁性介孔復合材料集合了磁性納米材料和介孔材料的特性,因此這類材料在催化、**控制釋放、靶向**、吸附分離、智能磁控顯示、環境治理等領域具有巨大潛在應用。
兩親性分子誘導下的界面組裝法在制備各種功能核-殼磁性介孔二氧化硅材料方面的原理和規律,深入闡述了該類功能材料的合成方法學、材料形貌、結構和尺寸的調控策略、以及表面性質控制等方面的**研究進展,并討論了該類材料在催化、吸附等方面的應用,為推動界面組裝法在創制各種功能核-殼材料及其在交叉學科應用研究中提供了理論指導。以下是圖文導讀:
一、傳統小分子模板劑溶液相組裝策略。
傳統核-殼磁性介孔二氧化硅材料主要采用陽離子表面活性劑(如CTAB、CTAC)或有機硅烷作為軟模板,在醇/水體系中,與硅前驅體在磁性顆粒表面進行組裝,獲得核-殼磁性介孔二氧化硅材料。該方法較簡單,孔徑尺寸約 2-3 nm,孔道結構通常為無序蠕蟲狀或垂直發散取向。在小分子吸附分離、**負載、生物成像領域有廣泛應用。
二、兩相界面組裝策略
為滿足生物大分子例如蛋白酶的功能負載及傳輸, 2015 年,研究者們提出兩液相界面組裝法進一步實現孔徑尺寸的可控合成。利用有機相的溶脹作用來實現孔徑尺寸大范圍調控,從而奠定了該材料在生物蛋白酶的固定以及對生物蛋白尺寸選擇性降解等各種涉及大尺寸客體分子應用研究的基礎。尤其是,結合磁控組裝,構建一維核-殼磁性介孔二氧化硅納米鏈,被用于**多功能納米攪拌子和納米反應器。
三、基于長疏水鏈的兩親性嵌段共聚物界面組裝策略
除了采用傳統的小分子陽離子表面活性劑為軟模板,研究者們進一步開發基于超高分子量的兩親性嵌段共聚物例如 PS-b-P4VP 的界面共組裝構建具有可調孔道結構,超大(孔徑可達 40 nm)、均一孔徑的磁性介孔復合材料。并討論總結了軟模板界面組裝規律和遵循法則。為研究者們介觀結構在磁性膠體顆粒表面的界面組裝合成提供指導意義。
四、 限域空間組裝策略
利用空間限域作用,可以將相互作用力較弱的前驅物和表面活性劑進行組裝,從而實現在開放體系中無法完成的界面自組裝過程。由于空間隔離作用,該方法可以合成出多種不同殼層組成的核-殼磁性介孔微球材料。
五、其他合成策略
除上述方法,進一步總結了近年來發展的一些其他新型組裝策略,例如通過控制硅前驅體水解動力學,調控其成核與生長速度,可調控材料的表面形貌,從平滑到粗糙。實現材料表面具有可調的親疏水性,利用特殊的表面特性可穩定反相微乳液液滴。結合其磁響應內核和介孔殼層,可實現磁操控催化微反應。
此外,除了傳統的對稱結構,通過界面生長以及表面特性可構建非對稱異質結核-殼磁性介孔結構,利用結構兩端的親疏水差異,可用作為易于磁操控和磁回收的新型固體乳化劑和催化劑(載體)。
六、類‘質壁分離’組裝策略
最后總結介紹了新開發的‘類質壁分離’法構建 yolk-shell 結構的磁性介孔二氧化硅材料。利用具有低交聯度的酚醛樹脂聚合物殼層在特定溶劑中溶脹-收縮的特點,模擬植物細胞質壁分離過程,制備空腔尺寸可控的 yolk-shell 磁性介孔二氧化硅材料。該思路不僅用來合成無機氧化硅微球,還有拓展制備有機氧化硅層立方塊以及異質結結構,以及實現功能納米顆粒(如貴金屬納米顆粒、上轉化納米顆粒)的同步包覆。
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