硅藻土是一種天然無機非金屬礦物材料，具有獨特的多級孔道結(jié)構(gòu)，但硅藻土本征比表面積較小（18-28m²/g），導(dǎo)致其應(yīng)用受限。通過對硅藻土進行功能化改性，可以賦予硅藻土材料特定的理化性質(zhì)，進而改善其環(huán)境治理效果，同時使其有望應(yīng)用于能源及生物工程等領(lǐng)域。因此，對硅藻土進行功能化改性處理已成為目前人們研究的熱點。目前，硅藻土功能化的研究主要集中于非共價修飾硅藻土、共價修飾硅藻土和對硅藻土的化學(xué)轉(zhuǎn)化三方面，下面小編進行簡要介紹。

一、硅藻土功能化方式

硅藻土功能化是拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域、提高其應(yīng)用價值的關(guān)鍵，實現(xiàn)硅藻土功能化的途徑主要分為以下三種：非共價修飾硅藻土，共價修飾硅藻土，以及對硅藻土的化學(xué)成分轉(zhuǎn)化。圖 1為幾種硅藻土的掃描電鏡照片。可以看出，盡管不同類型的硅藻土外觀形貌相差較大，但同種硅藻土之間外形具有高度重復(fù)性，它們的組成構(gòu)造基本相同。此外，硅藻土具有納米級天然有序孔道結(jié)構(gòu)，外形具有高度重復(fù)性，使其在納米科技領(lǐng)域具有極大的應(yīng)用潛力。

圖1  多種形狀硅藻土的SEM照片

1、非共價修飾硅藻土

非共價修飾硅藻土是指納米功能單體與硅藻土表面不通過化學(xué)鍵連接，從而硅藻土進行修飾改性。硅藻土在復(fù)合材料中起到基體與防止團聚等功能。在復(fù)合材料中，硅藻土能夠保持原有的形貌特征，其有序的孔道結(jié)構(gòu)因表面功能單體的修飾而改變。非共價修飾硅藻土常用的方法包括水浴法、水熱法和溶膠?凝膠法，其中以水熱法最為常見。

圖2  納米金顆粒修飾硅藻土材料的掃描電鏡照片

水熱法功能化修飾的優(yōu)點是功能單體可以在液相體系內(nèi)均相成核，然后通過靜電吸引作用沉積于硅藻土表面，形成納米功能單體包覆硅藻土復(fù)合材料，也可以在液相體系內(nèi)硅藻土表面異相成核原位生長。在硅藻土表面原位生長的納米功能單體與硅藻土表面通過范德華力相結(jié)合，這種結(jié)合方式比簡單包覆作用更為牢固。同時，在液相體系水熱條件下，異相成核結(jié)晶生長所需的能量低，也更容易得到孔道有序、形貌規(guī)整、無團聚現(xiàn)象的納米硅藻土復(fù)合材料。

2、共價修飾硅藻土

共價修飾硅藻土是指功能單體通過化學(xué)鍵（共價鍵）與硅藻土基體相互連接。 與功能單體包覆或在硅藻土表面原位生長相比，功能單體共價修飾硅藻土結(jié)合最為牢固、穩(wěn)定。基于共價修飾的硅藻土復(fù)合材料主要分為兩種：一種是以硅藻土為硅源和基體在硅藻土表面原位合成納米硅酸鹽，合成的硅酸鹽內(nèi)硅氧四面體與硅藻土內(nèi)硅氧四面體通過Si-O鍵連接；另一種是利用硅藻土表面的硅羥基（Si-OH）與硅烷偶聯(lián)劑進行縮合反應(yīng)相互連接，然后利用硅烷偶聯(lián)劑表面反應(yīng)性錨定基團（例如氨基等）進一步接枝功能性有機分子。

3、硅藻土化學(xué)轉(zhuǎn)化

采用化學(xué)方法對硅藻土進行轉(zhuǎn)化目前主要集中于單質(zhì)硅的合成以及在新能源、生物傳感器領(lǐng)域的應(yīng)用研究。硅藻土主要成分為非晶態(tài)SiO₂，幾乎不導(dǎo)電，這一性質(zhì)極大限制了硅藻土在電池、電容器等新興能源領(lǐng)域的應(yīng)用。 利用化學(xué)方法可以將硅藻土內(nèi)的SiO₂轉(zhuǎn)變?yōu)?/span>Si單質(zhì)，在保留硅藻土原有形貌結(jié)構(gòu)的同時可以得到廉價的納米多孔半導(dǎo)體Si單質(zhì)，進而在光電化學(xué)領(lǐng)域得到應(yīng)用。

二、功能化硅藻土應(yīng)用

1、非共價修飾硅藻土應(yīng)用

（1）在污水處理領(lǐng)域的應(yīng)用：非共價修飾硅藻土對污水中有毒重金屬離子、放射性元素等污染物均有非常好的去除效果，同時在去除過程中的去除機制、相關(guān)因素的影響均已得到深入的研究。 在硅藻土表面負載MnO₂等特定功能單體時，可以在吸附過程中實現(xiàn)有毒重金屬離子的毒性降解，在環(huán)境保護及污水處理領(lǐng)域具有重要意義。非共價硅藻土因其制備工藝研究相對成熟，對水體中污染物去除性能優(yōu)異，在污水處理領(lǐng)域具有極大的實用價值。

圖3  非共價修飾硅藻土結(jié)構(gòu)

（2）在能源、傳感器領(lǐng)域的應(yīng)用：在光敏染料太陽能電池領(lǐng)域， 相比傳統(tǒng)電極材料，非共價修飾硅藻土材料具有成本和性能優(yōu)勢。硅藻土作為基體可以改善材料的分散性，進而增加復(fù)合電極材料的比表面積。另外，硅藻土有序的孔道結(jié)構(gòu)可以促進對太陽光的吸收。非共價修飾硅藻土材料應(yīng)用于傳感器領(lǐng)域，主要是利用硅藻土作為功能單體的載體，由于其廉價且具有天然的納米三維結(jié)構(gòu)，在傳感器領(lǐng)域具有成本優(yōu)勢和天然結(jié)構(gòu)優(yōu)勢。

2、共價修飾硅藻土應(yīng)用

（1）在生物醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用：共價修飾硅藻土用于生物醫(yī)藥領(lǐng)域極大地提高了硅藻土的利用水平。硅藻土本身為硅藻生物遺骸，具有良好的生物兼容性。當(dāng)硅藻土以共價修飾的方式接枝特定藥物時，可以使藥物到達特定部位并且完成緩慢釋放藥物的功能，故共價修飾硅藻土在生物醫(yī)藥領(lǐng)域具有極高的應(yīng)用潛力與研究價值。

（2）在傳感器領(lǐng)域的應(yīng)用：硅藻土具有獨特的光學(xué)特性，其在紫外線照射下可以發(fā)出肉眼可見的藍光，基于這一光致發(fā)光效應(yīng)，功能化硅藻土可以應(yīng)用于傳感器領(lǐng)域。因此共價修飾硅藻土應(yīng)用于傳感器領(lǐng)域拓寬了傳感器的研究思路，對于新型傳感器的研究具有借鑒意義。

3、化學(xué)轉(zhuǎn)化硅藻土應(yīng)用

（1）在能源領(lǐng)域的應(yīng)用：硅藻土超級電容器與傳統(tǒng)電容器相比，具有較大的容量、較寬的工作溫度范圍和極長的使用壽命；而與蓄電池相比，它又具有較高的比功率，且對環(huán)境無污染。 硅藻土超級電容器內(nèi)的硅藻土不是一種好的半導(dǎo)體材料，但當(dāng)表面涂覆TiO₂、MnO₂、Fe3O4、等金屬氧化物時，其半導(dǎo)體行為可以用于包括電容器或太陽能電池在內(nèi)的眾多器件中。

圖4  Si?MnO₂硅藻土的合成示意圖

（2）在生物傳感器領(lǐng)域的應(yīng)用：功能化Si?硅藻土與共價修飾硅藻土具有相同的作用機理，均是利用硅藻土的光致發(fā)光效應(yīng)與良好的生物兼容性。 但Si?硅藻土與硅藻土相比具有更好的導(dǎo)電性能，意味著Si?硅藻土應(yīng)用于生物工程領(lǐng)域具有更高的檢測精確度。

參考文獻：

1、硅藻土功能化及其應(yīng)用，王學(xué)凱，王金淑等，材料導(dǎo)報。

2、硅藻土的特點及其應(yīng)用進展，金洋等，硅酸鹽通報。

作者：昕玥