多孔陶瓷是一種含有一定量空隙的無(wú)機(jī)非金屬粉末燒結(jié)體，與其他無(wú)機(jī)非金屬（致密陶瓷）的根本區(qū)別在于其是否含有空隙（氣孔）及含有多少體積百分比的空隙（氣孔）。

由于這些氣孔的存在，多孔陶瓷的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、功能都發(fā)生了顯著的改變，具體可分為以下5個(gè)部分： ①體積密度小，質(zhì)量較輕； ②較大的比表面積和良好的過(guò)濾功能；③低的熱傳導(dǎo)率，良好的隔熱和隔音性能；④良好的化學(xué)和物理穩(wěn)定性，可適應(yīng)各種腐蝕環(huán)境，具有良好的機(jī)械強(qiáng)度及剛度，耐熱性好；⑤工藝簡(jiǎn)單，成本低廉。

再綜合陶瓷材料特有的耐高溫、耐腐蝕、高的化學(xué)和尺寸穩(wěn)定性，也難怪多孔陶瓷材料可以在多個(gè)領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用，如氣體液體過(guò)濾、凈化分離、吸聲減震、保溫材料、生物殖入材料，特種墻體材料和傳感器材料等。

單級(jí)孔的局限

依據(jù)國(guó)際和應(yīng)用化學(xué)協(xié)會(huì)（TUPAC）的定義，基于孔直徑的大小可以將多孔材料分為三種∶孔徑大于50nm的大孔材料（macroporous materials），孔徑介于2~50nm的介孔材料（mesoporous materials）和孔徑小于2nm的微孔材料（microporous materials）。不過(guò)，即便這三種材料各有所長(zhǎng)，但由于孔徑的限制，它們?cè)趹?yīng)用上其實(shí)都存在一定的局限性。

為什么會(huì)這么說(shuō)呢？一方面，為了實(shí)現(xiàn)反應(yīng)物和產(chǎn)物的快速傳輸，往往要求材料具有足夠多的大孔作傳輸通道，使其具有優(yōu)異的通透性；但過(guò)多大孔的存在使得材料脆性大、強(qiáng)度低。另一方面，為了使材料具有足夠大的比表面積，足夠數(shù)量的微孔和介孔是必要條件；但孔徑過(guò)小的介孔和微孔又不利于大體積客體分子的進(jìn)出與傳遞，難以滿足如大分子催化、過(guò)濾及吸附等化學(xué)過(guò)程的需求。

顯然，單級(jí)孔陶瓷已經(jīng)無(wú)法滿足部分領(lǐng)域的需求，亟需在結(jié)構(gòu)上做出改善，目前“多級(jí)孔”被公認(rèn)為是最有前景的改進(jìn)方向之一。

多級(jí)孔的優(yōu)勢(shì)

多級(jí)孔材料，顧名思義就是將具有兩種或兩種以上孔結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料，或者包括兩種或多種不同尺寸的同級(jí)孔的復(fù)合孔材料。與單級(jí)孔材料相比，多級(jí)孔材料兼具通透性好、孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)、比表面積和孔體積大等優(yōu)點(diǎn)，很好地打破了前者孔結(jié)構(gòu)單一的局限，因此越來(lái)越受到研究人員的關(guān)注。

多級(jí)孔硅藻土陶瓷的SEM 照片

目前多級(jí)孔材料主要分為微孔-介孔材料、微孔-大孔材料、介孔-大孔材料、微孔-介孔-大孔材料以及含有兩種或多種不同孔徑的介孔-介孔材料。可采用的部分制備工藝有：

①大孔-介孔材料：模板法、發(fā)泡法、溶膠．凝膠法及熔鹽法等；

②微孔-介孔材料：化學(xué)活化法、模板法和水熱法等；

③介孔-介孔材料：水熱法、模板法、溶膠凝膠法及自組裝法等。

由于結(jié)合了多種孔材料的優(yōu)勢(shì)，多級(jí)孔陶瓷材料在液相色譜分離、能源、氣/液體過(guò)濾、催化劑載體、高溫隔熱材料、超級(jí)電容器及生物工程等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用和潛在的應(yīng)用前景。

例如，大孔-介孔復(fù)合孔材料就能解決介孔材料只能用于小分子化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，而無(wú)法適應(yīng)有機(jī)大分子或生物大分子在其孔道內(nèi)擴(kuò)散和傳輸?shù)膯?wèn)題，從而大大拓展了多孔材料在催化、吸附、分離、能源及生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用。另外，研究表明多級(jí)孔材料在用作催化劑載體時(shí)，可以提高反應(yīng)分子在孔道內(nèi)的擴(kuò)散效率，從而提高催化過(guò)程中物質(zhì)的傳遞效率。

資料來(lái)源：

發(fā)泡-注凝成型法制備莫來(lái)石多級(jí)孔陶瓷及其力學(xué)/熱學(xué)性能研究，葛勝濤

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