介孔二氧化硅是一类具有有序或无序、孔径在2-50纳米范围内的多孔二氧化硅材料，其核心特征包括高比表面积、大孔容、规则孔道结构（部分材料）以及表面易修饰性，在吸附、催化、生物医学、环境治理、能源存储等领域具有广泛应用。 以下从结构特性、制备方法、应用领域三方面展开介绍：
一、结构特性
孔径范围：介孔二氧化硅的孔径介于微孔（<2nm）和宏孔（>50nm）之间，通常为2-50nm，部分材料（如MCM-41、SBA-15）的孔径分布高度均一。
高比表面积：比表面积可达数百甚至上千平方米每克（如MCM-41可达1000m²/g以上），为分子吸附和催化反应提供大量活性位点。
大孔容：孔容通常为0.5-1.5cm³/g，可容纳大量分子或客体物质。
规则孔道结构：部分材料（如MCM系列、SBA系列）具有高度有序的孔道排列（如六方相、立方相），有利于分子传质扩散。
表面可修饰性：表面含有大量硅羟基（Si-OH），易于通过化学改性引入功能官能团（如氨基、巯基、羧基等），实现材料功能化。
化学稳定性：耐高温、耐腐蚀，不溶于水和大多数酸（但可溶于氢氟酸和热浓磷酸），适合在苛刻条件下使用。
二、制备方法
模板法（主流方法）：
软模板法：以表面活性剂（如CTAB、P123）或聚合物的自组装体为模板，通过硅源（如TEOS）在模板界面沉积形成介孔结构，模板可通过煅烧或溶剂萃取去除。
硬模板法：以固态纳米材料（如二氧化硅微球、碳纳米管）为模板，硅源在模板表面沉积后去除模板，形成介孔结构。
双模板法：结合硬模板和软模板的优势，同时构建中空结构和介孔孔道。
溶胶-凝胶法：通过调控硅源水解条件（如pH、温度、电解质浓度）诱导硅溶胶自聚集形成介孔结构。
水热法：在高温高压条件下，通过硅源与模板剂的自组装反应生成介孔二氧化硅。
自组装法：利用硅源在特定条件下的自聚集行为形成介孔结构，无需额外模板。
生物模板法：以病毒、细菌或生物大分子（如胶原蛋白）为模板，诱导硅源沉积后去除生物成分，形成具有生物形貌的介孔硅。
三、应用领域
吸附与分离：
高效吸附废水中的重金属离子（如Pb²⁺、Cd²⁺）、磷酸盐、有机染料（如罗丹明B）等污染物。
吸附室内空气中的挥发性有机化合物（如甲醛、苯）。
用于气体分离（如CO₂捕获）或液体中特定成分的提纯。
催化：
作为催化剂载体（如负载金属纳米颗粒Pt、Pd、Ni等），提高催化活性中心的高分散性和负载量。
直接用于催化反应（如氧化苯乙烯的甲醇分解、光催化降解有机污染物）。
生物医学：
药物递送：高比表面积和介孔孔道可高效负载药物（如抗癌药、抗生素），通过pH、温度或酶响应性修饰实现控释。
生物成像：表面修饰荧光探针或磁性纳米颗粒后，可用于CT/MRI成像引导下的药物递送。
疫苗佐剂：介孔结构可吸附抗原并缓慢释放，增强免疫应答。
环境治理：
用于工业废气处理（如选择性吸附CO₂、NOx）或碳捕获。
去除水中的亚甲基蓝染料等有机污染物。
能源存储：
作为锂离子电池负极材料的载体（如与Si纳米颗粒复合），缓解体积膨胀，提升循环稳定性。
用于超级电容器、高性能电池和气体储存（如氢气、甲烷）。
其他领域：
化学/生物传感器：介孔表面修饰识别分子（如抗体、酶），对目标物质（如葡萄糖、病毒）产生响应。
样品前处理：作为固相萃取吸附剂，用于分离富集复杂样品中的痕量物质（如食品中的农药残留）。
化妆品与涂料：添加到防晒霜中吸附紫外线吸收剂并均匀分散；用于涂料中增强耐磨性和耐候性。
纳米复合材料：与聚合物（如环氧树脂）复合，提高材料的力学性能和热稳定性。
