功能性纳米无机材料和复合多孔材料的气溶胶合成路线

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1、功能性纳米无机材料和混合多孔材料的气溶胶合成路线本篇综述主要报道了在溶胶-凝胶，自组装和多模板剂法中经由气溶胶或喷雾过程合成具有分层结构的无机多孔材料和杂化材料方面的重要研究进展。可制得的材料跨越了一个非常大的结构和化学组成，如硅酸盐，铝酸盐，过渡金属氧化物，含有金属或硫族化物纳米粒子的纳米复合材料，有机-无机混合材料，生物混合材料。在气溶胶定向控制结合无机或杂化基底的内在物理化学特性条件下，可得具有可调孔径的，连通性良好的，高比表面和易于接触的多孔网格结构的粉末或智能涂料。软模板法和喷雾干燥法的联合应用改变了先进材料的合成现状。这些策略衍生出

2、了一个有前途的，具有许多实际和未来潜在应用价值的创新型材料大家庭（如催化剂、传感器、光电子和微电子器件、纳米离子型表面活性剂和能源、功能性涂料、生物材料、多功能治疗载体和微流体等）。1.前言自然界中发现的很多材料具有许多精彩的智能功能，如成熟，小型化，分层组织，杂交，抗性和适应性。智能功能最佳功效的发挥往往与多尺度（通常为纳米到毫米范围内）下的层次结构有关，这使得这些材料具有了解决多尺度下不同的物理或化学的要求的能力。研究更可靠、更有效且尊重环境的材料的基本组成和构建原则是一个综合性的问题。自上个世纪初，材料化学家已经证实可以通过“仿生”化学策

3、略高度控制具有复杂层次结构材料的合成。这一重要的科学和技术挑战可以通过优化混合的有机-无机界面的方法来解决。特别的，将被称为“软物质”的溶胶-凝胶化学法和现代加工方法结合起来被证明是非常有效的，这是因为这一结合具有公平的多功能性和适应性而又不会破坏原来各自的功能。这一新的“综合化学”方法将化学方法和加工过程紧密结合在一起，能够控制合成材料的微观结构到宏观形态，从而为多尺度凝聚态物质的合成提供了可能。总之，解决多尺度织构化使用与联合的主要方法有：纳米浇铸，协作自组装（分子和高分子表面活性剂），分散浓缩物的多种模板（乳胶、有机凝胶因子、生物模板（细

4、菌、病毒等））或动态模板（瞬时数据，相位分离）。将这些所使用的模板与溶胶–凝胶化学和智能处理方法联合，如多层膜沉积（通过下沉、旋转、喷雾、涂层）、蘸笔刻蚀、TPA33/33光刻、喷墨打印、静电纺丝、发泡和气雾剂处理，产生一个非常有吸引力的研究领域。显然，开发这样一个没有数量限制的组合，有利于简单的制作更多和结构更复杂的多层材料，这将在许多应用领域中起重要作用，如催化、光学、光电、传感器、分离、吸附、电化学装置、控制释放和医疗载体。特别是，呈现多峰或多孔分布的材料是催化剂、燃料电池、蓄电池和分离过程最感兴趣的，其扩散和约束机制的优化是必须的。虽然

5、，在过去的20年，对纳米材料的各种调查已经取得了优异的进展，从先进的纳米技术角度来看，用传统的模板程序处理纳米结构材料（例如催化剂）存在几个缺点。事实上，大多数程序仍在进行耗时的批量操作，从而导致材料的功能很有限。模板导向的溶胶凝胶化学与低成本、可扩展、环保的气溶胶过程结合，可以在不同级别上产生具有分层结构无机和混合的粒子，呈现出有机组织和无机区域周期性变化的具有介孔结构的材料。通过“一锅法”过程中的喷涂干燥方法可以将聚合物、乳胶粒、生物分子、药物或纳米颗粒轻松的分散在介孔无机或混合材料微球或亚微球中。这些材料表现出的功能性层次结构由几个可调尺

6、寸的部分组成。可以通过纳米颗粒的适当官能化和喷雾-干燥工艺参数的精确控制对颗粒定位进行控制。与传统的溶解沉淀方法相比较，气溶胶过程包含的制备步骤非常有限，不断生产原料，可简单的连续收集粉末并产生非常少的废物。而且，与液滴形成有关的物理化学淬灭可以使已“冻结”的材料变为亚稳态，这用通常的沉淀方法很难实现，这是因为冷凝/分解平衡通常有利于形成热力学稳定的产品。这种“冻结”策略不只局限于合成催化剂的载体，而且已经用于合成生物陶瓷和医疗载体，运输一些独立的或具有互补功能的物质，像增强MR1的对比度、过高热和控制药物的运输。此外，新开发的自动工程气溶胶可

7、在任意表面上用无机、有机或纳米复合材料作为墨水写出各种微型图案。这一方法为开发具有分层结构的多孔涂料和薄膜提供了可能。该综述报道了通过气溶胶或喷雾处理结合溶胶凝胶化学法（自组装/多模板）法设计构造多层结构多孔型无机或混合材料领域研究的重大进展。此外，也对所得材料的表征和性能进行了讨论。特别是以气溶胶为基础的合成，化学条件和加工条件之间的动态偶合是控制材料微纳米结构的一个重要因素。对这种耦合作基本了解需要更系统的对从气溶胶液滴的形成以及从分子前驱体溶液到最终稳态的粉体的结构化使用实时原位表征技术。2.气溶胶：将胶体化学和过程紧密结合的典型例子2.

8、1通过气溶胶加工生产多孔材料的一般策略气溶胶或喷雾干燥方法是一种低消耗，具有有限制备步骤且在线连续生产的环境友好过33/33图1.（A）通过喷雾干燥过