简介
纳米材料具有光学、催化、给药系统、涂料、化妆品、生物分离、诊断、气体分离和纳米技术等特殊有序的多孔特性。 纳米多孔材料由具有间隙空间的无定形或结晶框架组成，可以是圆柱形或笼形的。大多数纳米多孔材料主要分为三类：微孔、中孔和大孔。1
微孔材料(如MOFF)、孔径分布极窄(0.5-2nm范围)的沸石、碳和无定形玻璃。这些材料具有高热稳定性和催化活性，因此在裂化过程中非常有用，也可用作离子交换介质、干燥剂和气体分离材料。金属有机框架 （MOFs）是微孔固体的快速发展类别之一。3.由于孔模板的性质问题，可用于合成沸石和相关结晶分子筛，孔尺寸和可进入性有内部限制。相反，在牺牲材料选择性的情况下，孔径为50-1000nm的大孔材料(如多孔聚合物珠)更容易进入内孔。这些缺点得到了促进 中间孔径范围为2-50nm的介孔材料的开发。4
介孔材料具有许多关键优点：
孔径分布狭窄，表面积大(>500 m2/g)。
用各种金属氧化物(MO2)(包括二氧化硅、氧化铝和二氧化钛)代替原来的框架/墙体材料
简单的有机功能策略
生物相容性和低毒性。
介孔材料的结构性质及表征
孔隙材料可根据其结构尺寸和孔隙几何形状进行分类，如(2D-或3D-)圆柱形或(3D-)笼型结构。MCM-48等圆柱形结构、AMS-6 (Iad)、MCM-41、SBA-15和NFM-1 (p6mm)，孔径均匀，在催化、吸附和作为药物递送载体中具有应用潜力。相比之下，FDU-1等中间笼结构固体(Imm)、SBA-1(Pmn)和AMS-8(Fdm)，由球形或椭圆形笼组成，通过较小的笼连接窗进行三维连接，可用于控制活性剂的传质。
表征方法包括粉末X射线衍射、N2吸附/解吸、扫描电子显微镜（SEM）并且透射式电子显微镜（TEM）等等。这些方法常用于澄清介孔材料的结构和纹理特性（如二氧化硅，见图1）。
图 1.扫描典型介孔二氧化硅材料的电子显微镜图像。
X射线衍射粉末（XRD）物相晶体学对称性通常用于在纳米尺度和中尺度下识别。由于大多数峰出现在中孔材料的低角度，并且可能由于类似的短程有序而重叠，因此可能很难使用粉末X射线衍射来识别中孔材料。图2显示了介孔二氧化硅中孔隙形态和结构顺序的典型结果。采用高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）对中尺度的孔隙顺序和对称性进行详细分析。HRTEM表征对于提取孔径长度范围内的详细信息至关重要。
气体吸附是获得多孔材料综合表征的补充方法。在各种相对压力下，多孔固体吸附气体可以提供表面积、孔体积和孔径等多种材料性质信息。图3显示了典型的气体吸附等温度线。
图 2.X射线衍射结果是典型的立方介孔二氧化硅材料。
图 3.典型介孔二氧化硅纳米颗粒N2吸附等温线对应表面积850m2/g，结果孔径为3.8nm。
功能介孔二氧化硅
多孔二氧化硅是最常用的介孔材料，结合了一系列应用中孔径清晰、二氧化硅已知的生物相容性。多孔二氧化硅材料的一个重要特点是它可以将功能性有机物混合到二氧化硅壁上（R）。煅烧后，多孔二氧化硅表面硅烷醇具有高密度（≡Si-OH）基团。这些硅醇可以与各种硅醇混合使用 硅烷 反应，将不同的功能基团混合到二氧化硅骨架中(≡Si-R)，然后用于目标分子的组合。5
功能材料的性质和潜在应用
药物、蛋白质和其他生物分子
吸附剂：气体、离子和分子
用于催化的活性位点加载
含氧化铁、金等的纳米颗粒
我们提供纳米多孔Si，用三种不同的官能团改性：丙氨基、丙基羧酸和丙硫醇基团(表1)。
纳米多孔材料在研究和工业中的应用
药品交付系统
开发药品交付系统（DDS）主要挑战是药物的功效在达到目标之前会减少，主要是因为药物从体内排泄。此外，药物载体在治疗过程中必须无毒和惰性。 由于大多数生物分子和药物约为几纳米，孔径为2至30nm的纳米多孔二氧化硅对这种生命科学的应用具有重要意义。6
催化
在催化领域，具有纳米级特性的高表面积材料常用于开发高选择性催化剂，可减少工业应用中的能量使用和废物/污染物的产生。沸石(微孔固体)等多孔材料广泛应用于工业中的催化剂和催化剂载体。但当大分子参与催化反应时，传质过程限制了沸石结构在催化过程中的适用性。为了使反应物更容易扩散到催化点，8可以通过将孔径扩展到中间范围来解决。在许多行业，这些超选择性催化剂可以显著降低成本。
诊断
由于其增强的图像对比度和化学稳定性，介孔材料已成为诊断和应用的理想选择。此外，功能基团可以在孔中共轭，为多次测量和检测提供了新的可能性。由于基于二氧化硅的多孔材料毒性低，能够携带各种荧光标记物、染料和药物，可用于跟踪治疗剂的位置和活性。
吸附剂
纳米多孔材料的高表面积使其能够作为各种气体、液体和有毒重金属的吸附剂。同时，由于介孔二氧化硅材料表面性能(疏水性、亲水性或官能性)的变化，对这些物质的吸附可以显著增加。介孔材料作为吸附剂已应用于各种应用，如从水中去除污染物和储存气体（如二氧化碳）、 H2、O2、CH4、H2S）、吸附二甲苯分离，以及生物和药物化合物的分离。
层析
介孔二氧化硅的大孔体积、表面积和窄孔分布使其成为尺寸阻力色谱的优良选择。这些材料被用作尺寸阻力色谱、毛细管气相色谱、蛋白质组学分离、正相高压液相色谱（HPLC）以及对应选择性HPLC的载体或固定相。
参考文献
1. Wan Y, Zhao. 2007. On the Controllable Soft-Templating Approach to Mesoporous Silicates. Chem. Rev.. 107(7):2821-2860. http://dx.doi.org/10.1021/cr0680
2. 2008. Microporous framework solids. Focus on Catalysts. 2008(6):8. http://dx.doi.org/10.16/s1351-4180(08)70292-7
3. Yaghi OM, Li G, Li H. 1995. Selective binding and removal of guests in a microporous metal?organic framework. Nature. 378(6558):703-706. http://dx.doi.org/10.1038/378703a0
4. Beck JS, Vartuli JC, Roth WJ, Leonowicz ME, Kresge CT, Schmitt KD, Chu CTW, Olson DH, Sheppard EW, McCullen SB, et al. 1992. A new family of mesoporous molecular sieves prepared with liquid crystal templates. J. Am. Chem. Soc.. 114(27):10834-10843. http://dx.doi.org/10.1021/ja00053a00
5. Doadrio JC, Sousa EMB, Izquierdo-Barba I, Doadrio AL, Perez-Pariente J, Vallet-Regí M. Functionalization of mesoporous materials with long alkyl chains as a strategy for controlling drug delivery pattern. J. Mater. Chem.. 16(5):462-466. http://dx.doi.org/10.1039/b510101h
6. Vallet-Regí M, Balas F, Arcos D. 2007. Mesoporous Materials for Drug Delivery. Angew. Chem. Int. Ed.. 46(40):7548-7558. http://dx.doi.org/10.1002/anie.200604488
7. Taguchi A, Schüth F. 2005. Ordered mesoporous materials in catalysis. Microporous and Mesoporous Materials. 77(1):1-45. http://dx.doi.org/10.1016/j.micromeso.2004.06.030
8. Sayari A. 1996. Catalysis by Crystalline Mesoporous Molecular Sieves. Chem. Mater.. 8(8):1840-1852. http://dx.doi.org/10.1021/cm950585
