相比于傳統(tǒng)的納米顆粒材料，無機(jī)有序多孔納米材料具有大的比表面積、高的吸附容量和許多特殊性能，在吸附、分離、催化等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。硅藻土作為一種天然的礦物材料具有多級(jí)孔道結(jié)構(gòu)，是一種優(yōu)良的無機(jī)多孔材料。過去對(duì)硅藻土的開發(fā)與利用的方式較為粗獷，例如用于建筑材料、過濾填料等低附加值材料。近年來，由于硅藻土具有獨(dú)特的納米和微米形態(tài)天然多孔三維分層結(jié)構(gòu)、高比表面積，以及良好的熱穩(wěn)定性和高性價(jià)比，其研究與利用逐漸成為微納米技術(shù)領(lǐng)域的熱點(diǎn)，在微納米尺度引出一系列理論和技術(shù)問題，其研究成果也逐步應(yīng)用到工業(yè)與民生領(lǐng)域。

　　得益于自身天然多孔的三維分層結(jié)構(gòu)，硅藻土具有較高的比表面積，因而有潛力成為儲(chǔ)能器件的原材料。然而，硅藻土存在高電阻率等缺點(diǎn)，不利于能量轉(zhuǎn)換和儲(chǔ)存等應(yīng)用。為此，研究者對(duì)硅藻土的優(yōu)化開展了大量的工作。具體地說，一方面將具有電化學(xué)性質(zhì)的材料負(fù)載于硅藻土表面，利用硅藻土表面的硅羥基與修飾材料進(jìn)行價(jià)鍵匹配，使復(fù)合材料具有較高的導(dǎo)電特性;同時(shí)，借助硅藻土高的比表面積及多孔結(jié)構(gòu)，可大幅提高硅藻土基復(fù)合材料的電化學(xué)性能。

　　另一方面，將硅藻土完全轉(zhuǎn)化為另一種高導(dǎo)電性材料，以進(jìn)一步提高復(fù)合材料的導(dǎo)電性能。硅藻土基復(fù)合材料在儲(chǔ)能方面的應(yīng)用已經(jīng)引起廣泛關(guān)注，并顯示出巨大的潛力和發(fā)展空間。三維多孔材料在環(huán)境領(lǐng)域也具有廣闊的應(yīng)用空間。表面修飾可賦予硅藻土三維多孔材料優(yōu)異的性能。例如，采用硅藻土表面硅羥基與納米金屬氧化物通過氫鍵進(jìn)行結(jié)合，可顯著改變納米金屬氧化物的表面價(jià)鍵排布，從而影響材料的性能。

　　現(xiàn)階段國內(nèi)外針對(duì)硅藻土基復(fù)合材料在環(huán)境領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)開展了大量的研究工作。主要通過表面化學(xué)修飾的手段在硅藻土表面可控沉積功能材料實(shí)現(xiàn)功能性復(fù)合材料的構(gòu)筑。這種復(fù)合材料保持著硅藻土的孔道結(jié)構(gòu)，其較高的比表面積為功能材料提供了大量的活性位點(diǎn)，可顯著提升硅藻土復(fù)合材料的性能。硅藻土基復(fù)合納米材料是近年來出現(xiàn)的一個(gè)新的研究領(lǐng)域，它在超級(jí)電容器儲(chǔ)能、鋰電池、重金屬污染物吸附、降解、催化合成等諸多領(lǐng)域得到了研究及應(yīng)用。根據(jù)近年來國內(nèi)外在硅藻土材料方面的研究現(xiàn)狀，本文介紹了使用硅藻基復(fù)合材料在能源及環(huán)境領(lǐng)域應(yīng)用的新進(jìn)展。

　　關(guān)鍵詞：硅藻土,超級(jí)電容,重金屬,吸附,催化

　　0引言

　　硅藻土是中國重要的非金屬礦產(chǎn)資源之一，已探明其儲(chǔ)量居世界第二和亞洲首位。硅藻土是由海洋或湖泊中生長的硅藻類殘骸在水底沉積，經(jīng)自然環(huán)境作用逐漸形成的，主要礦物成分是蛋白石及其變種，化學(xué)成分主要是SiO2，并含有少量的Al2O3、Fe2O3、CaO、Na2O、MgO等。硅藻土種類很多，主要有直鏈型、圓篩型、冠盤型、羽紋型等。

　　硅藻土具有質(zhì)量輕、比表面積大、孔隙率高、吸附液體能力強(qiáng)、化學(xué)穩(wěn)定性高等諸多優(yōu)異性能，在國內(nèi)外己經(jīng)得到了廣泛的開發(fā)與應(yīng)用。過去對(duì)硅藻土的開發(fā)較為局限，主要是用于建筑材料、過濾填料等低附加值材料方面。但是，硅藻土有別于其他的三維多孔材料，其在納米至微米尺度的三維結(jié)構(gòu)(如孔、脊或管狀結(jié)構(gòu))上表現(xiàn)出高度的規(guī)律性和精確的重現(xiàn)性，呈現(xiàn)出天然大孔/介孔型孔結(jié)構(gòu)。

　　它具有高韌性、高耐熱性及耐酸性等物理化學(xué)性能并且價(jià)格低廉，有著許多潛在的用途。在20世紀(jì)90年代末，硅藻土逐漸在微納米技術(shù)領(lǐng)域成為研究熱點(diǎn)，在微納米尺度對(duì)硅藻土進(jìn)行復(fù)合加工是提高其附加值的有效途徑[1]。許多研究者從不同的角度對(duì)硅藻土基復(fù)合材料進(jìn)行了研究，根據(jù)硅藻土的表面結(jié)構(gòu)及物理化學(xué)性質(zhì)，進(jìn)行硅藻土基復(fù)合材料的構(gòu)筑和結(jié)構(gòu)調(diào)控以及新型復(fù)合材料的開發(fā)和應(yīng)用[2]。

　　這種復(fù)合材料一方面保持著硅藻土的孔道結(jié)構(gòu)，其較高的比表面積為功能材料提供了大量的活性位點(diǎn)，顯著提升了硅藻土基復(fù)合材料在能源與環(huán)境應(yīng)用中的性能;另一方面，通過與其他物質(zhì)復(fù)合協(xié)同作用，克服硅藻土本身導(dǎo)電性差、催化氧化活性弱等問題，拓展與開發(fā)了硅藻土基復(fù)合材料在能源與環(huán)境領(lǐng)域的應(yīng)用[3]。

　　1硅藻土基復(fù)合材料在能源儲(chǔ)能領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)展

　　由于硅藻土自身天然多孔的三維分層結(jié)構(gòu)，使其具有高比表面積的特點(diǎn)，是儲(chǔ)能應(yīng)用方面潛在的原材料。針對(duì)硅藻土高電阻率、不利于能量轉(zhuǎn)換和儲(chǔ)存等缺點(diǎn)，研究者們從以下兩個(gè)方面進(jìn)行硅藻土復(fù)合改性或轉(zhuǎn)化:(1)將硅藻土與金屬及氧化物、半導(dǎo)體、碳材料等高導(dǎo)電性材料復(fù)合進(jìn)行表面改性;(2)將硅藻土完全轉(zhuǎn)化為另一種高導(dǎo)電性材料進(jìn)行改質(zhì)，而不破壞硅藻土本身的三維分層結(jié)構(gòu)。硅藻土基復(fù)合材料在儲(chǔ)能方面的應(yīng)用已經(jīng)引起廣泛關(guān)注，具有巨大的潛力和發(fā)展空間。本節(jié)簡(jiǎn)要介紹硅藻土基復(fù)合材料在超級(jí)電容器和鋰電池材料領(lǐng)域應(yīng)用的研究現(xiàn)狀。

　　1.1硅藻土應(yīng)用于超級(jí)電容器

　　超級(jí)電容器由于其高功率密度、快速充電/放電速率、長循環(huán)壽命(數(shù)百萬次循環(huán))以及優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性的特點(diǎn)，已成為下一代功率器件的研究熱點(diǎn)。基于二氧化錳(MnO2)的電化學(xué)超級(jí)電容器具有低的制造成本、高比電容(理論容量為1370F/g)、充足的可用性、環(huán)境相容性以及在堿性/中性介質(zhì)中的高循環(huán)穩(wěn)定性等優(yōu)勢(shì)[4]。目前，已廣泛開展了以納米線[5]、納米片[6]、納米花[7]和中空納米球[8]等具有各種結(jié)構(gòu)和形貌的二氧化錳作超級(jí)電容器的研究。本課題組[9]通過先進(jìn)的聚焦離子束(FIB)微納加工技術(shù)首次觀察到了硅藻土內(nèi)部的形貌結(jié)構(gòu)，其天然的多級(jí)孔的特色結(jié)構(gòu)清晰可見。

　　為進(jìn)一步解決納米材料易團(tuán)聚的問題，本課題組創(chuàng)新性地提出使用硅藻土三維結(jié)構(gòu)結(jié)合錳氧化物制造電化學(xué)電容器復(fù)合電極的概念[9]，率先利用先進(jìn)納米自組裝技術(shù)突破了硅藻土復(fù)合結(jié)構(gòu)在超級(jí)電容器中的應(yīng)用，發(fā)展了水鈉錳礦納米片均勻修飾硅藻土的新方法，提升了硅藻土的附加經(jīng)濟(jì)價(jià)值。采用簡(jiǎn)單水熱法獲得多孔的MnO2納米片改性硅藻土，其比電容提升到202.6F/g。這是因?yàn)樵诠柙逋联?dú)特的多孔結(jié)構(gòu)表面垂直生長MnO2修飾的超薄納米片，從而構(gòu)建多層結(jié)構(gòu)，增加了電極的比表面積。

　　另外，采用NaOH將硅藻土刻蝕后，具有完整復(fù)制硅藻土形貌的MnO2納米結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出更高的比電容(297.8F/g)和良好的循環(huán)穩(wěn)定性(5000次循環(huán)后保留率95.92%)。可見，多孔層狀的MnO2改性硅藻土復(fù)合材料成本低、環(huán)保、電化學(xué)穩(wěn)定，是潛在可開發(fā)的一種新型超級(jí)電容器材料[10]。在此基礎(chǔ)上，為了進(jìn)一步增加基底材料的導(dǎo)電性，本課題組突破并發(fā)展了氧化石墨烯改性直鏈型硅藻土的MnO2納米片和納米線均勻負(fù)載[11]。

　　通過TiO2置換硅藻土的水鈉錳礦MnO2進(jìn)行表面改性，形成TiO2納米球和MnO2介孔納米片復(fù)合結(jié)構(gòu)[12]，并探索了直鏈藻、圓篩藻和舟型藻的MnO2修飾后的形貌效應(yīng)等。另外，還開發(fā)了其他如NiO納米線@硅藻土[13-14]等新穎的復(fù)合納米結(jié)構(gòu)體系。結(jié)果表明，對(duì)在硅藻土表面負(fù)載的金屬氧化物進(jìn)行形貌和組分調(diào)控，將其作為電容器材料可保持優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。

　　這種獨(dú)特的納米結(jié)構(gòu)是解決電極材料在長周期內(nèi)聚集和體積膨脹問題的一個(gè)研究方向。本課題組和Losic教授合作在硅基超級(jí)電容器開發(fā)方面做出進(jìn)一步改進(jìn)，基于硅藻土形態(tài)學(xué)，采用鎂熱還原法將硅藻土轉(zhuǎn)化為單質(zhì)硅，并實(shí)現(xiàn)了水鈉錳礦納米片均勻修飾的硅基復(fù)合超級(jí)電容器材料[15]。

　　該材料充分利用硅良好的導(dǎo)電性及其獨(dú)特的納米結(jié)構(gòu)，而且擴(kuò)大了其比表面積并增加了暴露在電解質(zhì)中的活性部位。硅-氧化錳電極顯示出巨大的應(yīng)用潛力，作為超級(jí)電容器的電極材料具有低成本和高性能的優(yōu)勢(shì)。可以預(yù)見，硅藻土與其他復(fù)合材料的結(jié)合將進(jìn)一步改善這些性能，并可能將這些電極應(yīng)用于實(shí)際。

　　1.2硅藻土應(yīng)用于鋰離子電池材料

　　負(fù)極材料是鋰離子電池中極為重要的部分，在鋰離子電池中進(jìn)行充放電時(shí)實(shí)現(xiàn)嵌鋰和脫鋰。鋰離子電池的性能與負(fù)極材料的性能有著很大關(guān)系。因?yàn)楣璧娜萘繛?200mAh/g，所以硅是鋰離子電池常用的負(fù)極材料之一[16]。硅和多孔硅負(fù)極應(yīng)用于鋰離子電池的最大限制之一是這些材料的生產(chǎn)成本高，缺乏行業(yè)吸引力。

　　同濟(jì)大學(xué)包志浩教授[17]于2007年報(bào)道了利用生物硅藻土基多孔硅材料通過鎂熱還原法獲得完整保留硅藻土多孔結(jié)構(gòu)的多孔硅材料。這種硅顆粒材料和孔隙之間有空隙空間，每個(gè)硅顆粒被設(shè)計(jì)成能夠提供足夠的空間來適應(yīng)充放電過程中硅的體積變化，在鋰電池應(yīng)用中循環(huán)穩(wěn)定性大大提高。因此，廉價(jià)且具有多孔、高比表面積的硅藻土被認(rèn)為是用于制造多孔硅負(fù)極的新材料。

　　硅與碳涂層的結(jié)合可以進(jìn)一步緩解硅的體積變化，保持多孔硅顆粒之間的電接觸[18]。Campbell等[19]通過鎂熱反應(yīng)轉(zhuǎn)化和碳包覆實(shí)現(xiàn)了硅藻土基多孔硅材料的高倍率鋰離子電池負(fù)極材料的合成。首先，采用鎂熱還原法制備了硅藻土基多孔硅材料，然后用聚丙烯酸(PAA)進(jìn)行碳化，得到碳包覆的硅藻土基多孔硅復(fù)合材料。該硅藻土基碳硅復(fù)合材料的比表面積(162.6cm2/g)，遠(yuǎn)高于硅藻土的比表面積(7.3cm2/g)，同時(shí)，其用作鋰電池負(fù)極材料時(shí)，表現(xiàn)出良好的循環(huán)性能及高的比容量(654.3mAh/g)。

　　綜上所述，硅藻土基材料在能源領(lǐng)域的開發(fā)與利用方面具有良好的前景。通過與金屬及氧化物、半導(dǎo)體等材料進(jìn)行表面改性，解決了負(fù)載納米級(jí)材料容易團(tuán)聚和硅藻土導(dǎo)電性差的問題，實(shí)現(xiàn)了硅藻土電極材料在超級(jí)電容器中的高附加值應(yīng)用。另一方面，通過將硅藻土完全轉(zhuǎn)化為單質(zhì)硅，使硅藻土擁有天然多級(jí)孔道結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定及材質(zhì)廉價(jià)等優(yōu)勢(shì)，成為鋰電池材料中多孔硅基負(fù)極材料的優(yōu)良原材料。

　　但是，為了使硅藻土基復(fù)合材料在更深入、更廣泛的環(huán)境中得以應(yīng)用，需要更加關(guān)注硅藻土內(nèi)部的多級(jí)孔道及空心三維結(jié)構(gòu)的情況、硅藻土單體物質(zhì)二氧化硅的構(gòu)成及其對(duì)物理化學(xué)性質(zhì)的影響規(guī)律;突破硅藻土表面化學(xué)、活性部位和孔隙率在界面反應(yīng)缺乏系統(tǒng)理論指導(dǎo)的瓶頸，克服硅藻土表面的活性物質(zhì)難以精準(zhǔn)控制負(fù)載的難點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)在硅藻土上均勻負(fù)載。

　　2硅藻土基新材料在環(huán)境治理領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)展

　　隨著全球性環(huán)境惡化形勢(shì)日益嚴(yán)峻，環(huán)境污染的有效控制與治理己成為世界各國政府所面臨和亟待解決的重大問題。對(duì)于環(huán)境中污染物的去除，目前主要依靠環(huán)境功能性材料的吸附、富集、轉(zhuǎn)化和降解等作用。硅藻土是一種具有天然長程有序微孔結(jié)構(gòu)的無機(jī)礦物材料，其比表面積大、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、表面活性高。

　　但硅藻土的孔結(jié)構(gòu)及表面活性有限，并非對(duì)所有環(huán)境污染物都有良好的去除能力。因此研究者們利用各種物理或者化學(xué)手段，對(duì)硅藻土表面進(jìn)行改性或者復(fù)合處理，研發(fā)出不同硅藻土基復(fù)合材料，以擴(kuò)展硅藻土在環(huán)境領(lǐng)域的應(yīng)用范圍。本節(jié)簡(jiǎn)要介紹硅藻土基復(fù)合材料對(duì)環(huán)境污染物處理的應(yīng)用研究現(xiàn)狀。

　　2.1硅藻土應(yīng)用于重金屬去除

　　重金屬離子經(jīng)過工業(yè)廢水排放進(jìn)入環(huán)境水體中，經(jīng)過一系列化學(xué)作用及遷移轉(zhuǎn)化，最終以不同的形態(tài)滯留在水體中，形成永久性潛在危害。利用納米金屬氧化物表面富含活性羥基基團(tuán)，易于與溶液中的污染物質(zhì)結(jié)合及具有高的吸附活性的特性[20]，將納米金屬氧化物修飾于硅藻土表面，通過二者的協(xié)同作用可實(shí)現(xiàn)水體中污染物的高效吸附。目前，表面處理或改性硅藻土用于重金屬離子吸附成為研究熱點(diǎn)[21-22]。

　　王金淑教授通過調(diào)控沉積在硅藻土表面上活性物質(zhì)的納米結(jié)構(gòu)，制備了MnO2[23-24]納米線修飾的硅藻土基復(fù)合吸附材料，極大地增加了材料的比表面積，該復(fù)合吸附材料對(duì)于重金屬Cr(VI)和As(V)都有非常好的吸附效果，吸附率分別達(dá)到197.6mg/g和108.2mg/g。同時(shí)，他們進(jìn)一步討論了納米花、納米線、納米片狀結(jié)構(gòu)MnO2修飾硅藻土材料對(duì)其吸附性能的影響。將納米線狀結(jié)構(gòu)α-FeOOH(Fe2O3)[25]沉積于硅藻土上，實(shí)現(xiàn)了對(duì)水溶液中不同價(jià)態(tài)的砷離子As(Ⅲ)和As(V)同時(shí)吸附去除。

　　此外，他們還制備了束狀納米結(jié)構(gòu)γ-AlOOH/Al2O3[26]復(fù)合吸附劑，改善了硅藻土基復(fù)合材料對(duì)重金屬離子Cs及Pb的吸附性能。為了避免吸附材料不易回收而對(duì)水體造成二次污染，研究發(fā)現(xiàn)在硅藻土表面進(jìn)行丙烯酰胺的單體縮合，可改善粉體材料在水體中的絮凝行為，實(shí)現(xiàn)吸附產(chǎn)物快速固液分離。由此可見，通過對(duì)硅藻土表面納米結(jié)構(gòu)活性物質(zhì)的調(diào)控，可實(shí)現(xiàn)對(duì)溶液中重金屬污染物的有效去除。在此基礎(chǔ)上，研究人員不斷尋找具有廣譜性、多功能化的硅藻土基重金屬去除材料，探索引入磁性材料實(shí)現(xiàn)磁分離功能[27]、調(diào)控氧化還原電位實(shí)現(xiàn)同步吸附并降低毒性等具有廣泛適應(yīng)性的方向，并取得了良好的效果[28]。

　　2.2硅藻土應(yīng)用于有機(jī)污染物吸附

　　有機(jī)污染物是環(huán)境領(lǐng)域中最復(fù)雜的一類污染物，它會(huì)對(duì)人體健康和動(dòng)植物的生長造成威脅，破壞生態(tài)平衡，干擾生態(tài)系統(tǒng)。可以通過在硅藻土表面負(fù)載例如活性炭、分子篩、MOF、金屬氧化物等活性組分，調(diào)節(jié)硅藻土表面的正負(fù)電性，改善與吸附質(zhì)間的界面作用，去除水體中的各種有機(jī)染料分子、污染油類、垃圾滲濾液和其他有機(jī)廢水等[29-30]。

　　Yuan等[31-33]以硅藻土為陶瓷骨架、聚氨酯海綿作為模板合成了具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔硅藻陶瓷材料，大大增加了復(fù)合材料的比表面積，并將該材料用于水溶液中苯的吸附去除。顧佳俊教授等[34]利用硅藻土表面電負(fù)性，將金屬鋅離子通過靜電作用吸附在硅藻土表面，然后通過水熱法，在硅藻土表面負(fù)載鋅離子的地方生長MOF，使得MOF結(jié)構(gòu)均勻負(fù)載于硅藻土表面。得到的硅藻土/MOF材料對(duì)溫室氣體CO2具有良好的吸附性能。

　　同時(shí)，他們通過透射電鏡表征發(fā)現(xiàn)硅藻土中的二氧化硅呈層狀結(jié)構(gòu)排列。Thakkar等[35]將ZrO2納米粒子固化于硅藻土表面，這種經(jīng)過ZrO2固化修飾后的硅藻土在水體中更易發(fā)生絮凝反應(yīng)，表面的ZrO2納米粒子以及硅藻土的多孔結(jié)構(gòu)使得材料的吸附性能大大提高，可以有效地去除水體中的F離子，并可以對(duì)吸附后的材料實(shí)現(xiàn)高效回收再利用。劉冬研究員等[36]以硅藻土作為模板調(diào)控碳材料的結(jié)構(gòu)，制備了復(fù)制硅藻土結(jié)構(gòu)的多孔碳材料。

　　該碳材料對(duì)水溶液中亞甲基藍(lán)染料的吸附能力(333mg/g)大于對(duì)商業(yè)活性炭的吸附能力(250mg/g)。同時(shí)，模板刻蝕劑KOH溶液也是碳材料優(yōu)良的活化劑，通過KOH活化制備的多孔碳材料表面積達(dá)到988m2/g，對(duì)亞甲基藍(lán)染料的吸附量提升到645.2mg/g[37]。

　　綜上可知，硅藻土基復(fù)合吸附材料不僅能處理重金屬離子，對(duì)溶液中的有機(jī)物、溫室氣體和陰離子也都有良好的吸附效果。這表明硅藻土基復(fù)合吸附材料具有良好的廣譜性能，為硅藻土基復(fù)合吸附材料的廣泛應(yīng)用打下了良好的基礎(chǔ)。

　　2.3硅藻土應(yīng)用于污染物光催化降解

　　光催化技術(shù)是利用光作為媒介，在常溫常壓下產(chǎn)生活性自由基來氧化分解環(huán)境污染物，受到了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛重視[38]。將對(duì)有機(jī)污染物具有催化降解能力的功能材料負(fù)載于硅藻土表面，能夠改善催化劑的分散性能、比表面積和活性中心等參數(shù)，提高其對(duì)污染物的降解能力[39]。

　　鄭水林教授等[40]將光催化材料納米TiO2負(fù)載于硅藻土上，得到的納米TiO2粒徑為7～14nm，在紫外光條件下有效地將溶液中的Cr(Ⅵ)還原成Cr(Ⅲ)，降低了毒性;同時(shí)該復(fù)合材料對(duì)空氣中的甲醛去除效果優(yōu)異，循環(huán)穩(wěn)定性良好[41]。

　　在此基礎(chǔ)上，為了進(jìn)一步提升硅藻土基光催化材料的性能，將光的利用率拓展到可見光區(qū)，研究者們通常對(duì)TiO2進(jìn)行摻雜處理，例如:V摻雜的TiO2/硅藻土可見光催化劑[42]、N摻雜的TiO2/硅藻土可見光催化材料[43-44]以及Ce/N共摻雜TiO2/NiFe2O4/硅藻土三元復(fù)合催化劑[45-46]。

　　Zhang等[47]在TiO2/硅藻土催化材料制備的基礎(chǔ)上，引入低溫等離子體技術(shù)，提升材料的催化性能，能有效降解氣相中的多環(huán)芳烴有機(jī)物，拓展了TiO2/硅藻土催化材料的應(yīng)用范圍。此外，有研究者嘗試探索了本身具有可見光催化性能的C3N4與硅藻土復(fù)合，Liu等[48]研究C3N4/硅藻土光催化材料時(shí)發(fā)現(xiàn)硅藻土多孔結(jié)構(gòu)能增強(qiáng)光誘捕和散射，提高光催化效率。王丹軍等[49]發(fā)現(xiàn)硅藻土和g-C3N4之間靜電作用有利于光生電子-空穴在g-C3N4表面的遷移，進(jìn)而提高g-C3N4的光催化活性。

　　2.4硅藻土應(yīng)用于催化降解與合成

　　硅藻土的高比表面積和多孔結(jié)構(gòu)可以為催化劑提供有效的表面和合適的孔結(jié)構(gòu)，增加活性組分和反應(yīng)物的接觸概率和面積，提高催化劑的利用效率;硅藻土的機(jī)械穩(wěn)定性及高溫穩(wěn)定性可保證活性物質(zhì)在高溫條件下也不會(huì)失活;硅藻土成本低廉，可降低催化劑生產(chǎn)成本[30，50-51]。在以硅藻土作為光芬頓非均相催化劑方面，Yan等[52]制備了Fe2O3負(fù)載的硅藻土基復(fù)合材料。

　　本課題組在水鈉錳礦納米片均勻負(fù)載于硅藻土穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上[53]，通過鐵錳置換反應(yīng)，開拓了制備磁性FeOx納米片、納米棒均勻修飾的硅藻土[54]的新方法，并進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了選擇性刻蝕硅藻土SiO2結(jié)構(gòu)，得到FeOx納米片自組裝、可自支撐的空心多孔復(fù)制品[55]，大大增加了光芬頓催化活性點(diǎn)位，提高了浸潤面積和電子傳輸效果。Khieu等[56]進(jìn)一步制備了FeMn雙氧化物負(fù)載的硅藻土復(fù)合材料。

　　硅藻土也可以作為單質(zhì)催化劑材料的載體，Brunner等[57]實(shí)現(xiàn)了在硅藻土表面負(fù)載納米金顆粒，并將其作為催化劑應(yīng)用于葡萄糖的催化氧化，如圖7所示。硅藻土的多級(jí)孔道結(jié)構(gòu)和大的比表面積有利于提高納米金顆粒的分散特性，并提高其催化活性。研究者們進(jìn)一步探索了不同金屬單質(zhì)顆粒的負(fù)載，包括-Ni[58-59]、鈀、銅和零價(jià)鐵[60]，使顆粒具有良好的催化性能。在此基礎(chǔ)上，研究者們[61-62]還通過負(fù)載磁性氧化物將磁分離功能引入到催化劑中，實(shí)現(xiàn)了催化劑材料的分離回收循環(huán)再利用，從而提升了催化劑的利用率[63]。

　　3結(jié)語與展望

　　隨著對(duì)硅藻土基復(fù)合材料研究的進(jìn)一步深入，硅藻土所擁有的三維多級(jí)孔道結(jié)構(gòu)、高比表面積、熱穩(wěn)定性、來源豐富、價(jià)格低廉等特性使其廣泛應(yīng)用于超級(jí)電容器、重金屬吸附、污染物降解、催化合成等領(lǐng)域。隨著微納技術(shù)等在硅藻土合成中不斷發(fā)展，功能化的硅藻土基新材料將具有廣闊的市場(chǎng)前景。

　　上述研究不斷地推動(dòng)新型硅藻土材料的快速發(fā)展，筆者對(duì)該領(lǐng)域提出如下的研究展望:(1)對(duì)于硅藻土結(jié)構(gòu)、物理化學(xué)性質(zhì)有待深入全面地認(rèn)識(shí)，持續(xù)關(guān)注探索硅藻土內(nèi)部的多級(jí)孔道及空心的三維結(jié)構(gòu)情況、硅藻土的二氧化硅單體的構(gòu)成及其對(duì)物理化學(xué)性質(zhì)的影響規(guī)律。(2)突破對(duì)硅藻土表面化學(xué)、活性部位和孔隙率在界面反應(yīng)缺乏系統(tǒng)理論指導(dǎo)的瓶頸，克服硅藻土表面的活性物質(zhì)難以精準(zhǔn)控制負(fù)載的難點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)其在硅藻土上均勻負(fù)載。

　　(3)對(duì)于硅藻土的利用多集中于作為模板材料，希望能實(shí)現(xiàn)對(duì)于硅藻體本身材料的充分利用，開發(fā)硅藻土內(nèi)部的“死體積”空間，提升硅藻土表面活性位點(diǎn)的利用;開發(fā)利用有別于傳統(tǒng)材料的表征手段，以期獲得足夠的實(shí)驗(yàn)證據(jù)證明硅藻土中空多級(jí)孔結(jié)構(gòu)的作用機(jī)制。

　　(4)雖然通過電沉積、溶膠凝膠法等化學(xué)手段可以在硅藻土上有效負(fù)載活性物質(zhì)，但仍需要改進(jìn)復(fù)合材料的導(dǎo)電性、優(yōu)化納米結(jié)構(gòu)或增加化學(xué)活性位點(diǎn)，進(jìn)一步解決硅藻土本身導(dǎo)電性問題，提升硅藻土材料的催化性能。

　　參考文獻(xiàn)：

　　1ChenK，LiC，ShiL，etal.NatureCommunication，2016，7，13440.

　　2PanZ，LerchSJ，XuL，etal.ScientificReports，2014，4，6117.

　　3ZhangZ，WangZ.TheJournalofOrganicChemistry，2006，71(19)，7485.

　　4KangSM，RyouMH，ChoiJW，etal.ChemistryofMaterials，2012，24(17)，3481.

　　5LiuJ，KopoldP，vanAkenPA，etal.AngewandteChemie-InternationalEdition，2015，54(33)，9632.

　　6Lisowska-OleksiakA，NowakAP，WicikowskaB.RSCAdvances，2014，4(76)，40439.

　　7ChenJ，LuX，SunJ，etal.MaterialsLetters，2015，152，256.

　　8LiangJW，LiXN，ZhuYC，etal.NanoResearch，2015，8(5)，1497.

　　9ZhangYX，HuangM，LiF，etal.JournalofPowerSources，2014，246，449.

　　10LiF，XingY，HuangM，etal.JournalofMaterialsChemistryA，2015，3(15)，7855.

　　復(fù)合材料類論文范文：剖析復(fù)合材料在土木工程應(yīng)用中的優(yōu)缺點(diǎn)

　　在我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展形勢(shì)較好的趨勢(shì)下，各個(gè)基礎(chǔ)行業(yè)也在努力尋找著新的發(fā)展方向，當(dāng)然土木工程行業(yè)也不例外。伴隨科技技術(shù)水平的不斷提升，現(xiàn)有的新型材料也在不斷的普及和應(yīng)用，越來越多的人群對(duì)于土木工程所用的復(fù)合材料產(chǎn)生了濃厚的興趣，這也是如今重點(diǎn)發(fā)展方向，下面文章就對(duì)復(fù)合材料應(yīng)用及土木工程行業(yè)發(fā)展做出詳細(xì)討論。

　　【關(guān)鍵詞】復(fù)合材料,土木工程,發(fā)展應(yīng)用