【《二氧化硅纳米粒子合成方法研究的国内外文献综述》2500字】

二氧化硅纳米粒子合成方法研究的国内外文献综述1.1二氧化硅纳米粒子概述无定形二氧化硅通过将合成的初级二氧化硅沉积到不同的模板或其他施加外力的方法，可以被设计制备成不同的形状，包括球状二氧化硅纳米粒子[67]、壳状二氧化硅纳米粒子[68,69]、棒状二氧化硅纳米粒子[53,70]、片状二氧化硅纳米粒子[34,71]以及多孔二氧化硅纳米粒子[72]等。不同形貌的二氧化硅纳米材料具有不同的功能与应用，例如催化[73,74]、医药[75]、涂层[76]等领域。二氧化硅纳米粒子的合成方法已经十分成熟、其表面的硅羟基容易被化学修饰。二氧化硅具有生物相容性，深受生物医药与医学材料领域的欢迎。并且无定形二氧化硅可以通过沉积于不同的模板、或者改变溶剂控制反应速率等方法设计得到多种形貌，因此许多研究者一直关注于合成不同形状与不同性质的二氧化硅纳米粒子并将其应用于各种领域。图1-12二氧化硅纳米粒子的几种常见结构：（a）球状[67]；（b）壳状[68,69]；（c）棒状[54,70]；（d）片状[34,71]；（e）介孔二氧化硅[72]Fig.1-12Severalcommonstructuresofsilicananoparticles:(a)spherical;(b)shell-like;(c)rod-like;(d)flake-like;(e)mesoporous1.2二氧化硅纳米小球的合成方法目前关于无定型二氧化硅的合成研究大多使用的是溶胶-凝胶法，通过改变反应的溶剂或者添加模板控制二氧化硅纳米粒子的合成速率与粒径大小。其反应机理为在酸性或碱性条件下催化硅酸烷基酯发生水解反应和聚合反应。Stöber方法[77]是一种广泛使用的合成二氧化硅的方法，是1968年由Stöber创造性提出的一种自下而上化学合成单分散性较好的二氧化硅纳米小球的方法。通过利用氨水作碱性催化剂，在乙醇和水形成的单相溶液中催化硅酸四烷基酯的水解反应，脱水聚合后生成粒径为几百纳米的二氧化硅纳米小球。但是这种方法合成的粒径小于100nm的二氧化硅小球的粒径均一性较差，粒径大于200nm的大球粒径均一性较好。2006年Yokoi[67]进一步提出了在两相体系中合成二氧化硅纳米小球的氨基酸法，这种方法通过将硅源与碱性催化剂分隔在油水两相，极大地降低了二氧化硅的合成速率，合成粒径均匀并且更小的二氧化硅纳米小球。1.3二氧化硅纳米粒子的应用领域在催化领域，二氧化硅可用作催化剂载体，通过调整二氧化硅的形貌、尺寸等，可以提高催化剂活性、保护催化剂或者方便催化剂的回收，绿色环保。许多研究利用介孔二氧化硅在高温条件下保护催化剂，以免其变形或团聚[73,74,78]。例如，TieruiZhang等人[73]使用一种锌、钴沸石咪唑酸酯骨架（Zn，Co-ZIF）前驱体和介孔二氧化硅成功合成了新型的分层多孔Co、N共掺杂碳纳米框架（Co，N-CNF），将介孔二氧化硅包覆在钴、氮共掺杂的碳纳米材料表面以防其在煅烧过程中团聚进而严重影响催化效率。图1-13介孔二氧化硅包覆钴、氮共掺杂的碳纳米结构以保护催化剂高温煅烧的纳米材料合成过程示意图[73]Fig.1-13AschematicillustrationofsyntheticprocedureoftheCo,N-CNFbythemSiO2-protectedcalcinationstrategy在生物医药领域，对二氧化硅纳米颗粒生物分布和毒理学的广泛研究表明，其具有良好的生物相容性，在某些情况下会被排泄或者生物降解[75]。具有较大表面积和孔体积的介孔二氧化硅纳米粒子（MSN）在生物成像、药物递送等方面的应用得到了广泛研究[79]，[80]。通过调节二氧化硅的粒径与结构或者化学改性，可以对药物递送过程进行控制[81]。关于基于MSN的多功能药物递送系统的研究十分广泛，该系统可以有针对性地递送抗肿瘤药物，并按需释放药物以增加细胞摄取，而无需预先释放即可到达目标部位（图5A）[81]。具有靶向能力和刺激响应能力的MSN的制备包括两种方法。一个方法是通过设计一种多功能靶向分子同时用作靶向剂和封端剂，以实现基于MSN的受控和靶向药物递送；另一个方法是进一步用靶向目标部分修饰以实现多功能药物递送的刺激应答性，用作药物释放的“守门人”（图5B，C）[81]。图1-14（A）基于MSN的受控和靶向药物递送系统的体内过程；基于MSN的多功能药物递送系统的两种设计方案：（B）一种既充当靶向剂又用作封端剂的多功能靶向分子，（C）一种进一步用靶向目标部分修饰以实现多功能药物递送的刺激应答性“守门人”[81]Fig.1-14(A)InvivoprocessofaMSN-basedcontrolledandtargeteddrugdeliverysystem.ThetwoapproachestomultifunctionalMSN-baseddrugdeliverysystemsaretodesign(B)amultifunctionaltargetingmoleculethatactsasbothtargetingandcappingagentor(C)astimuli-responsivegatekeeperthatisfurthermodifiedwithatargetmoietytoachievemultifunctionaldrugdelivery在涂层领域，二氧化硅具有较好的稳定性和光学透明性，并且二氧化硅胶体在中性条件下带负电荷，易于静电吸附进行修饰；二氧化硅能通过水解反应将硅烷偶联剂接枝到其表面进行化学修饰，常用于沉积在金属、半导体或陶瓷纳米颗粒表面来增强材料的化学稳定性并且进行疏水、催化等应用[69,76]。对于二氧化硅涂覆的金纳米棒，二氧化硅介电壳对金产生的光声信号的幅度有很大影响，有二氧化硅涂层的纳米棒能够产生比没有二氧化硅涂层更高的光声信号[69]。图1-15（a）聚乙二醇化金纳米棒的TEM图像，（b）具有6±0.5nm（N=100），（c）20±3.6nm（N=100）二氧化硅涂层厚度的金-二氧化硅核-壳纳米棒的TEM图像，（d）金-二氧化硅核-壳纳米棒的SEM图像，其二氧化硅涂层的厚度为75±5.0nm（N=100）[69]Fig.1-15(a)TEMimageofPEGylatedgoldnanorods.TEMimagesofgold-silicacore-shellnanorodswith(b)6±0.5nm(N=100)and(c)20±3.6nm(N=100)thicknessofsilicacoating.(d)SEMimageofgold-silicacore-shellnanorodswith75±5.0nm(N=100)thicknessofsilicacoating参考文献[1]DeGennesPG,Softmatter[J].ReviewsofModernPhysics,1992,64(3):645-648.[2]SafaieN,FerrierRC,Janusnanoparticlesynthesis:Overview,recentdevelopments,andapplications[J].JournalofAppliedPhysics,2020,127(17):170902.[3]LattuadaM,HattonTA,Synthesis,propertiesandapplicationsofJanusnanoparticles[J].NanoToday,2011,6(3):286-308.[4]WaltherA,AndréX,DrechslerM,etal.,Janusdiscs[J].JournaloftheAmericanChemicalSociety,2007,129(19):6187-6198.[5]WangZJ,WangY,LiuGJ,etal.,Rapidandefficientseparationofoilfromoil-in-WateremulsionsusingaJanuscottonfabric[J].AngewandteChemieInternationalEdition,2016,55(4):1291-1294.[6]PercecV,WilsonAD,LeowanawatP,etal.,Self-assemblyofJanusdendrimersintouniformdendrimersomesandothercomplexarchitectures[J].Science,2010,328:1009-1014.[7]ZhangJ,JiaS,KholmanovI,etal.,Janusmonolayertransition-metaldichalcogenides[J].ACSNano,2017,11(8):8192-8198.[8]ErD,YeH,FreyCN,etal.,PredictionofenhancedcatalyticactivityforhydrogenevolutionreactioninJanustransitionmetaldichalcogenides[J].NanoLetters,2018,18(6):3943-3949.[9]ZhangCM,NieYH,SanvitoS,etal.,First-principlespredictionofaroom-temperatureferromagneticJanusVSSemonolayerwithpiezoelectricity,ferroelasticity,andlargevalleypolarization[J].NanoLetters,2019,19(2):1366-1370.[10]LogetG,ZigahD,BouffierL,etal.,Bipolarelectrochemistry:Frommaterialssciencetomotionandbeyond[J].AccountsofChemicalResearch,2013,46(11):2513-2523.[11]SehWZ,LiuSH,LowM,etal.,JanusAu-TiO2photocatalystswithstronglocalizationofplasmonicnear-fieldsforefficientvisible-lighthydrogengeneration[J].AdvancedMaterials,2012,24(17):2310-2314.[12]LiJ,ZhanGM,YuY,etal.,SuperiorvisiblelighthydrogenevolutionofJanusbilayerjunctionsviaatomic-levelchargeflowsteering[J].NatureCommunication,2016,7:11480.[13]ZhangLY,ChenYY,LiZL,etal.,Tailoredsynthesisofoctopus-typeJanusnanoparticlesforsynergisticactively-targetedandchemo-photothermaltherapy[J].AngewandteChemieInternationalEdition,2016,55(6):2118-2121.[14]WuZY,LiL,LiaoT,etal.,Janusnanoarchitectures:Fromstructuraldesigntocatalyticapplications[J].NanoToday,2018,22:62-82.[15]DuJZ,O’ReillyKR,Anisotropicparticleswithpatchy,multicompartmentandJanusarchitectures:preparationandapplication[J].Chemical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