介孔二氧化硅（Mesoporous Silica, MS）因其高比表面积、可调孔径、良好的化学稳定性和生物相容性，在催化、吸附、药物递送、传感等领域展现出重要应用价值。其性能高度依赖于孔道结构（孔径、孔容、孔道连通性）和宏观形貌（颗粒尺寸、形貌、表面粗糙度）的调控。

一、形貌控制：从球形到复杂结构的准确合成

介孔二氧化硅的形貌控制主要通过调节模板剂类型、反应条件（温度、pH、溶剂）及添加剂实现，其核心在于调控硅源（如正硅酸乙酯，TEOS）的水解-缩聚速率与模板剂自组装过程的竞争关系。

1. 模板剂导向的形貌控制

阳离子表面活性剂（CTAB）

作为经典模板剂，CTAB通过静电作用与硅酸根离子结合，形成胶束作为软模板。在碱性条件下（如氨水），CTAB胶束倾向于排列成六方相，诱导生成MCM-41型介孔二氧化硅纳米棒或纤维。通过调整CTAB浓度，可控制纳米棒的长度与直径。

非离子表面活性剂（P123、F127）

这类模板剂通过氢键与硅酸根离子相互作用，适用于合成大孔径介孔材料（如SBA-15）。在酸性条件下（如盐酸），P123胶束呈球状，诱导生成球形SBA-15颗粒；而通过添加助溶剂（如乙醇）或调节pH至中性，胶束形貌转变为层状，可制备片状或膜状结构。

2. 反应条件对形貌的调控

温度与pH

温度升高可加速硅源水解与模板剂胶束运动，促进颗粒生长与形貌均一化。

添加剂效应

无机盐（如NaCl、CaCl₂）可通过屏蔽电荷或改变溶剂极性调控形貌。

3. 复杂形貌的构建策略

硬模板法：以多孔氧化铝、碳纳米管或聚合物微球为硬模板，通过浸渍-煅烧工艺可制备空心介孔二氧化硅球、管状或三维有序大孔结构。

自组装与协同模板

结合软模板（表面活性剂）与硬模板（纳米颗粒）的协同作用，可构建分级结构。

二、孔径调控：从微孔到介孔的设计

介孔二氧化硅的孔径调控主要通过模板剂选择、共溶剂效应及后处理工艺实现，其核心在于控制模板剂胶束的尺寸与排列方式。

1. 模板剂类型与孔径关系

小孔径材料（2-10 nm）

以CTAB为代表的短链表面活性剂适用于合成小孔径材料。通过调整CTAB浓度与硅源比例，可制备MCM-41型材料。

大孔径材料（8-50 nm）

非离子表面活性剂（如P123、F127）因长链结构可形成更大胶束，适用于合成大孔径材料。

2. 共溶剂效应与孔径扩展

芳香族共溶剂

TMB、甲苯等芳香族化合物可通过π-π相互作用插入表面活性剂胶束疏水层，扩大胶束尺寸。

极性共溶剂

乙醇、丙酮等极性溶剂可通过改变溶剂极性调控胶束形貌。

3. 后处理工艺对孔径的调节

煅烧与溶剂萃取

传统高温煅烧（550℃）可彻底去除模板剂，但易导致孔道收缩（孔径减小10-20%）。低温煅烧（300℃）结合溶剂萃取（如乙醇/硝酸铵溶液）可保留更多表面羟基，减少孔道变形。

化学刻蚀

利用氢氟酸（HF）或碱性溶液（如NaOH）选择性刻蚀硅骨架，可实现孔径扩展。

三、形貌-孔径协同效应与应用探索

介孔二氧化硅的性能优化需兼顾形貌与孔径的协同调控，以满足不同应用场景的需求。

1. 催化领域

形貌效应：片状或纤维状介孔二氧化硅因高暴露活性位点与短扩散路径，在催化反应中表现出更高活性。

孔径效应：大孔径材料（>20 nm）适用于大分子催化反应。

2. 吸附与分离

形貌优化：空心介孔二氧化硅球因高孔容（>1.5 cm³/g）与低密度，对挥发性有机化合物（VOCs）的吸附容量较实心颗粒提高。

孔径匹配：针对特定污染物分子尺寸设计孔径，可实现选择性吸附。

3. 药物递送

形貌控制：刺状或星形介孔二氧化硅因高表面粗糙度与大比表面积，可负载更多药物（如阿霉素，DOX）。

孔径调控：通过调节孔径（5-15 nm）控制药物释放速率。

介孔二氧化硅的形貌控制与孔径调控是实现其高性能应用的关键。通过模板法、溶胶-凝胶法、硬模板法等方法，可以调控介孔二氧化硅的形貌和孔径。形貌与孔径的协同调控可以进一步优化其性能，使其在药物递送、催化反应、吸附性能等领域展现出应用前景。