功能化介孔材料的合成策略及其催化应用

Functionalized mesoporous materials：Synthetic strategies and applications in catalysis

摘要

介孔材料因其具有较大的比表面积、规则有序的孔道结构以及孔径大小的可连续可调性等特点，在吸附分离、催化和能源存储等方面展现出卓越的性能，因而被誉为“明星”功能材料.以介孔碳材料、介孔硅材料、介孔TiO₂和非对称结构介孔材料等典型的介孔材料为例，总结了其制备策略，包括硬模板法、微乳液法、界面动态迁移法、蒸发驱动定向组装、表面动力学控制法和乳液驱动法等.同时，探讨了这些材料在环境和能源催化领域的应用，主要涉及类芬顿降解污染物、光（电）催化CO₂还原、挥发性有机物（VOCs）的催化降解、汽车尾气净化和费-托合成.最后对介孔材料未来的发展趋势和发展前景进行了讨论.

Abstract

Mesoporous materials are known as “star” functional materials due to their large specific surface area， regularly ordered pore structure， and continuously adjustable pore size， which demonstrate excellent performance in adsorption and separation， catalysis， and energy storage. Using some typical mesoporous materials， including mesoporous carbon， mesoporous silicon， mesoporous TiO₂， and mesoporous materials with asymmetric structure as examples， various preparation methods were reviewed， including hard templating， microemulsion techniques， interfacial dynamic migration， evaporation-driven directional assembly， surface dynamics control， and emulsion-driven methods. Additionally， the applications of mesoporous materials in energy and environmental catalysis were examined， particularly in Fenton-like degradation of pollutants， （electro）photocatalytic CO₂ reduction， degradation of volatile organic compounds （VOCs）， purification of automobile exhaust， and Fischer-Tropsch synthesis. Finally， the future development and the prospects for advancement of mesoporous materials were discussed.

Graphical abstract

关键词

介孔材料 / 催化 / 模板法 / 单胶束

Key words

mesoporous materials / catalysis / template method / monomicellar

介孔材料是指孔径介于2~50 nm之间的一类多孔材料，因其具有高比表面积、孔道规则有序以及孔径大小可调等优点，已成为研究的热点^［1-3］.如何制备出孔道规则有序的介孔材料是目前研究的重点.目前，硬模板法和软模板法是制备介孔材料的常见方法.硬模板法^［4］是首先制备介孔材料，然后向孔道中灌注前驱体分子，最后通过煅烧和刻蚀的方法得到介孔材料.软模板法^［5］则是通过前驱体分子与单胶束组装成复合胶束，最终通过交联聚合形成介孔材料^［6］.常见的表面活性剂分为三类：以聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷（P123），聚乙二醇-聚苯乙烯（PS-b-PEO）和聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷（F127）为代表的嵌段共聚物表面活性剂，以十二烷基苯磺酸钠（SDBS）等为代表的阴离子表面活性剂，以及以十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）等烷基季铵盐为代表的阳离子表面活性剂.研究人员付出了巨大努力，利用硬模板法和软模板法来精准合成介孔材料.为了进一步调研介孔材料在催化反应中的研究进展，通过使用文献计量法来量化相关指标（如论文发表量、引用量、关键词、隶属国家、知名科学家）.以“mesoporous materials”和“catalysis”作为关键词，在Web of Science数据库中检索论文发表量和引用量，结果如图1所示.可以看出，自2015年来，介孔材料在催化领域的研究论文年发表量保持在250篇左右，2022年相关引用量高达17500次.通过关键词分析可知（如图2），介孔材料在催化中的应用主要涉及能源储存（energy storge）和能量转换（energy conversion），主要研究国家为中国和美国（如图3）.相关知名学者如图4所示，包括复旦大学赵东元教授、李伟教授、邓勇辉教授以及吉林大学乔振安教授.

在介孔材料领域，如何从原子、纳米和微米尺度精准合成介孔材料是一个重要的科学问题^［7-8］.然而，要在高度可调的范围内完全操纵每个介观结构参数（例如，中间相、孔径、壁厚、形态、尺寸、表面性质）仍然非常困难^［9-10］.本文总结和归纳了使用硬模板和软模板法制造介孔材料的重要成果，系统总结了介孔碳材料、介孔硅材料、介孔二氧化钛、非对称介孔材料的合成机理.此外，对介孔材料在环境催化中的应用（如类芬顿降解污染物、光（电）催化CO₂还原、环境催化降解VOCs、汽车尾气净化和费-托合成）进行了详细总结.最后，本文概述了介孔材料研究和开发面临的挑战，克服这些挑战将有助于增加其在新兴应用中的贡献.

1 介孔材料的合成

1.1 介孔碳材料

有序介孔碳材料因其高比表面积、优异的导电性能和较低的密度等特点，在吸附分离、催化、能源存储等领域受到广泛关注^［11］.有序介孔碳材料的制备方法主要有软模板法和硬模板法.软模板法是基于两亲性表面活性剂和碳源前驱体分子在静电引力或氢键的作用下组装成复合胶束，随后框架前驱体在胶束界面周围聚集组装形成复合单胶束，复合单胶束中的框架前驱体进一步交联聚合，形成介观结构复合材料 ^［12-13］.最后，通过煅烧的方式得到介孔碳材料^［14-15］.赵东元院士课题组^［16］采用酚醛树脂和表面活性剂F127在乙醇溶剂中进行组装，成功制备出具有二维六方（FDU-15）和体心立方（FDU-16）的有序介孔碳材料［图5（a）］.此方法主要包括如下合成步骤：（1）在碱性条件下，苯酚和甲醛缩合成酚醛树脂（resol）；（2）嵌段共聚物和resol在氢键作用力下形成复合介观相；（3）在高温煅烧下去除软模板和碳化酚醛树脂.利用上述合成方法，QIAO等 ^［14］首先利用金属螯合剂柠檬酸钠螯合La³⁺和Zr²⁺作为前体模块， 利用前体模块和resol/嵌段共聚物在氢键作用下规则地组装成固体-无机-有机杂化复合材料，最后在高温煅烧下合成有序介孔La₂Zr₂O₇.

此外，微乳液法以其制备工艺简便和产物结构可控性强等特点，在制备可控介孔结构和特殊形貌介孔碳方面取得突破性进展^［17-18］.LOU等^［19］利用乳液体系中两种不混溶液体［1，3，5-三甲基苯（TMB）和水］之间的界面，使聚多巴胺（PDA）种子在TMB和水的界面形成，F127/TMB/PDA形成岛状介观的复合结构，最后进一步组装合成介孔聚多巴胺颗粒.

这些颗粒的衍生碳颗粒可以通过后续的水热处理和在氮气气氛下煅烧获得［图5（b）］.通过简单地增加反应体系中的TMB浓度，介孔聚多巴胺纳米颗粒的产物可以从仅对称的纳米球连续调节到纳米球和碗状颗粒［图5（c）-（e）］.

然而，上述反应过程需要在高温高压的反应釜中进行，这严重限制了其大规模化的工业生产的应用.赵东元院士课题组^［20-21］发现在水/乙醇体系中能够得到F127/TMB/PDA复合胶束，最终通过多巴胺的聚合和煅烧过程得到氮掺杂介孔碳［图5（f）］.通过调节TMB的含量，可以得到如下结构的介孔碳材料：光滑［图5（g）］、高尔夫球［图5（h）］、多室［图5（i）］和树枝状纳米碳球［图5（j）］.

软模板法主要是通过精准调控嵌段聚合物和有机分子组装过程，从而得到介观周期性结构.然而，这种方法往往形成较厚的孔壁，这不仅会降低其比表面积，还会影响孔道的连通性^［25］.除了上述因素，嵌段共聚物有机高分子在作为碳源进行聚合时经历的溶胶-凝胶转变过程，决定了有序介观结构能否成功构建，这显著限制了该方法的广泛适用性^［25-26］.硬模板法则使用具有刚性结构的纳米孔作为纳米反应器，在孔道内部炭化有机质前驱物得到纳米孔结构碳材料，这一方法规避了对有机高分子聚合过程的溶胶-凝胶控制，为碳前驱体的选择提供了更高的灵活性^［27-28］.中科院黄富强研究员课题组^［22］采用化学气相沉积法，以SBA-15作为硬模板并在其孔壁负载镍催化剂，最终成功制得少层石墨烯结构的空心碳管材料［图6（a）］.尽管空心结构的介孔碳及其复合材料在催化、能源存储与转换等多个领域展现出卓越性能，但目前仍面临一个挑战，即缺乏一种既具有普适性又能够实现规模化生产的合成方法.武汉大学顾栋教授课题组^［23］以富含硅羟基的介孔二氧化硅为模板，通过有机分子与模板表面硅羟基的强相互作用，实现有机分子选择性地在介孔氧化硅孔道表面吸附和聚合，随后经过炭化处理和模板脱除，得到具有中空结构的介孔碳材料［图6（b）］.该方法具有制备流程简单、易批量合成和普适性强等特点，不仅适用于多种不同结构的介孔二氧化硅模板（如SBA-15、KIT-6、MCF和FDU-12等），而且多种有机分子均可作为碳源使用，如糠醇［图6（c）］、噻吩甲醇［图6（d）］、多巴胺［图6（e）］和酪氨酸［图6（f）］.这种硅醇辅助的“表面浇铸”策略为制备具有优异结构参数的介孔碳提供了新的见解和灵感，并在能量存储和转化、催化、生物医药等领域具有广泛的应用前景.

1.2 介孔硅材料

介孔二氧化硅（MSN）由于其孔道结构的有序性、孔径大小的可调控性以及介孔结构的多样性，成为基础研究与工业应用的热点^［29］.然而，如何精准可控地合成介孔硅是研究的难点^［30］.赵东元院士课题组^［31］基于油/水界面动态迁移策略及对界面处表面活性剂烷基链长度的调控，实现了对颗粒头部曲率的调节.在以CTAB为表面活性剂的油包水（油相：正戊醇）微乳体系中，油/水界面的阳离子表面活性剂（CTAB）可以吸引水溶性硅烷寡聚体在油水界面沉积.二氧化硅壳层的生长诱发了界面的动态迁移，从而形成了流线型结构［图7（a）］.通过调节反应时间，可以调节蝌蚪状纳米颗粒的尾巴由开放到封闭.同时，增加乳液体系中的水量可以调节流线型结构纳米颗粒尾巴的长度［图7（b）-（d）］.此外，通过一种纳米液滴的分步重塑策略合成了多腔介孔二氧化硅纳米颗粒.即在该纳米乳液体系中，通过在壳层生长过程中分步添加一种具有油水分配系数的溶剂（如THF-四氢呋喃）来二次重塑纳米液滴，使液滴在暴露侧产生体积膨胀［图7（e）］.随着硅壳层的生长定型，从而形成多腔结构.其中形成的双腔纳米颗粒具有两个椭球形的节，呈现出葫芦状.在介孔纳米颗粒中可以清晰地观察到内部相连的双腔结构，同时蠕虫状的介孔通道也可以在纳米颗粒的外壳上清晰地观察到［图7（f）-（h）］.介孔纳米颗粒的比表面积高达469 m²·g^-1.以上工作为精确合成介孔二氧化硅提供了全新的研究思路^［32］.

1.3 介孔TiO₂

孔径范围为2~50 nm的介孔TiO₂材料，因其独特的介孔性和内在特性，被公认为能量转换和储存的重要模型^［33］.然而，由于钛前驱体的快速水解和胶溶速率，对TiO₂的精确尺度和形态操纵极具挑战性，这可能是技术突破的关键.提高介孔TiO₂的实际性能在很大程度上可能依赖于开发具有受控几何形状、晶体学和集成度的适当设计的介孔结构^［34］.在过去的几十年里，研究人员在制备具有介孔TiO₂晶体结构方面做出了巨大的努力.2015年，赵东元院士课题组^［35］采用蒸发驱动定向组装（EISA）方法开发了单胶束组装介孔TiO₂.组装过程始于通过优先四氢呋喃（THF）蒸发形成PEO-PPO-PEO/二氧化钛低聚物单颗粒，在油水界面形成介观结构的TiO₂微球.在80 ℃下的连续蒸发推动了中通道和TiO₂纳米晶体沿径向和切向的定向生长，从而产生了一种前所未有的具有介观和晶体学取向的TiO₂材料［图8（a）］.

最近，赵东元院士团队^［36］报告了有序的介孔金红石TiO₂微球，其具有径向介孔排列和支架中稳定的Ti³⁺缺陷.通过在原位使用特定的还原剂（2-乙基咪唑），该还原剂能够通过氢键相互作用与TiO₂结合［图8（b）］.还原剂在退火过程中能够使得TiO₂表面产生裂纹，同时能还原Ti⁴⁺为Ti³⁺.这种独特的介观结构和原子空位的结合，在太阳光的全波长范围内显著提高了光催化制氢的速率.赵东元院士课题组^［37］首次展示了一种简单的水热诱导溶剂约束组装方法，用于合成单层二维有序介孔TiO₂纳米片.具体而言，首先制备了含有溶剂四氢呋喃（THF）、钛源钛酸四丁酯（TBOT）和两亲性三嵌段共聚物Pluronic F127的酸性前体溶液.在45 ℃的低温下蒸发THF后，前体溶液变成粘性凝胶.随后将凝胶分散在乙醇和甘油的混合溶剂中，然后在100 ℃下进行水热处理.甘油限制了复合单胶束在三维方向上的组装生长，因此，通过煅烧得到了介孔TiO₂纳米片［图8（c）］.此外，通过在组装过程中调节THF蒸发速率，这种简单的溶液处理策略进一步能够调节粒径和中孔尺寸，而不会破坏定向晶粒［图8（d）］.有序介孔和晶体取向的这种组合提供了有效的物质和电荷传输，从而显著提高了光催化分解水产氢气的速率^［39］.

1.4 非对称介孔材料

非对称介孔材料在继承传统介孔材料优点（比表面积大、孔径可调）的基础上，因其独特的各向异性结构、组成和功能不对称性而受到广泛关注^［40］.不对称介孔材料由于其各向异性结构，各个部分可以选择性地进行修饰并独立发挥作用，实现功能协调而不相互干扰，这在催化、能量转换与存储、生物医学等方面具有巨大的应用潜力^［41-42］. 然而，精确操纵非对称材料的合成仍然是一个巨大的挑战.赵东元院士课题组^［43］采用表面动力学介导的多位点成核策略，可以精确控制间苯二酚甲醛树脂（RF）表面周期性介孔有机硅（PMO）的成核数，成功制备了Fe₃O₄@mSiO₂@RF&PMOs介孔纳米复合材料［图9（a）-（b）］.此外，通过使用一种新的表面电荷介导的选择性包封方法［图9（c）-（d）］，首次成功合成了在单颗粒水平上具有疏水性碳和亲水性二氧化硅空间隔离的Fe₃O₄@mC&mSiO₂纳米粒子^［44］.由于Fe₃O₄纳米粒子和多巴胺之间的相互作用非常强，进一步诱导多巴胺分子在Fe₃O₄纳米粒子上的成核形成均匀的核/壳结构.与具有可调烃链长的表面活性剂一样，Fe₃O₄@mC&mSiO₂纳米粒子也具有稳定乳液的能力.通过乳液诱导定向组装，可以合成孔径可调的非对称介孔硅&介孔多巴胺（MSN&mPDA）纳米粒子［图9（e）-（f）］.这是首次利用纳米-乳液交互作用构建非对称介孔纳米材料，也是首次实现了双介孔非对称纳米材料不同单元介孔孔径的精准调控^［45］.利用独特非对称结构，构建了单颗粒级串联信息传输体系，模拟细胞内逻辑信号传递.这种双介孔MSN&mPDA纳米颗粒具有双大孔和可调谐孔，并具有选择性功能化，具有很强的扩展性，不仅是生物逻辑门的多功能平台，而且在催化、储能、传感和环境修复等领域也具有很大的潜力.赵东元院士课题组^［46］采用一种表面受限的缠绕组装策略，可以调节均匀1D介孔SiO₂（mSiO₂）纳米棒的立体结构.利用这一种独特的创新策略，一维（1D）的mSiO₂纳米棒能够精细地、紧密地缠绕在各种三维（3D）预制纳米粒子的表面上，这些纳米粒子形态多样，包括但不限于完美的球体、棱角分明的立方体、规整的六边形盘、细长的纺锤形以及细长的棒状等［图9（g）-（h）］.在缠绕过程中，mSiO₂纳米棒不仅与预制纳米粒子紧密结合，还精确地复制了这些预制粒子原有的表面拓扑结构，包括其表面的凹凸、曲率及任何微观纹理，实现了从形态到表面特征的全面继承.与传统的核壳结构相比，这种缠绕结构导致预制纳米颗粒的部分暴露和组装，功能性纳米粒子可以表现出较大的可接近表面和与周围环境的有效能量交换.上述方法为探索用于许多潜在应用的不对称纳米结构提供了新的见解.

2 介孔材料在环境催化中的应用

2.1 类芬顿水处理

由于难降解污染物去除不足造成的水污染仍然是一个普遍的全球性挑战，它威胁着可持续的供水和人类健康^［47-49］.因此，日常生活和生产中，需要经济实惠且高效的水净化技术^［50-51］.非均相类芬顿技术能够产生羟基自由基（·OH）、硫酸根自由基（\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}^{•-}）和非自由基活性氧物种（¹O₂），有效降解有机污染物，在水污染控制方面具有巨大的应用前景^［52-54］.

介孔材料独特的孔道结构能够增强反应物的局部富集和扩散，其纳米限域结构还能从根本上改变单原子活性位点的配位结构和电子结构，从而引发催化途径的变化.LI等^［55］将Co单原子限制在碳包覆的介孔二氧化硅颗粒中，构建了纳米限域结构的Co―N―C单原子催化位点［图10（a）］.在纳米约束下，污染物降解途径从¹O₂到电子转移过程发生了根本转变.这种途径的改变，加上纳米约束下界面传质的加速，导致净化动力学提高了34.7倍，并显著提高了催化中PMS的利用效率［图10（b）］.

介孔材料由于具有极大的比表面积，能够更有效地活化过氧硫酸盐（PMS），产生大量的活性氧物种.ZHANG等^［56］构建了三维有序介孔Co₃O₄（3D OM-Co₃O₄）以增强PMS的活化，从而快速去除雷尼替丁（RAN）的目标污染物.在最佳条件下，3D OM-Co₃O₄在7 min内实现了99.2%的RAN去除效率和63.7%的RAN矿化效率.理论计算结构显示，PMS分子更倾向吸附在3D OM-Co₃O₄，这不仅能产生大量的活性氧物种，而且还能减少钴离子释放到水溶液中［图10（c）］.DING等^［57］通过煅烧具有成本效益的金属植物酚，合成了介孔碳骨架负载的铜铁氧化物（CuO/CuFe₂O₄）［图10（d）］，用于PMS活化降解有机污染物.介孔碳骨架能够使纳米级铜铁氧化物高度空间分散，增强对有机污染物（如双酚A）的吸附，并提高电子转移效率.得益于其有利的介孔结构，介孔碳骨架负载的铜铁氧化物在PMS活化中表现出优异的催化效率.

2.2 光催化CO₂还原

化石燃料消耗和二氧化碳排放的增加导致了严重的气候和能源危机^［58］.为了缓解这些危机，通过光还原将二氧化碳转化为可再生燃料被认为是利用太阳能的可持续途径.介孔材料具有极高的比表面积，能够充分还原反应物CO₂分子，从而产生高附加值产物.LU等^［59］采用蒸发驱动定向组装法合成介孔TiO₂［图11（a）］，在TiO₂孔道中原位生长卤化物钙钛矿Cs₂AgBiBr₆［图11（b）-（c）］.介孔TiO₂/Cs₂AgBiBr₆光催化还原CO₂活性高达32.9 μmol·g^-1·h^-1.理论计算结果显示介孔TiO₂和 Cs₂AgBiBr₆接触界面的内建电场能有效促进光生载流子的分离，从而提高光催化CO₂还原活性［图11（d）］.

2.3 电催化CO₂还原

为更好贯彻实施“碳达峰”和“碳中和”政策，在安培级电流密度下选择性地将二氧化碳转化为多碳（CO₂-to-C₂₊）产品正在成为一种高效和可持续的碳废物升级和循环策略^［60］.为了在如此高的电流密度下实现可观的CO₂到C₂₊的转化性能，介孔材料独特的孔道结构可实现高效的CO₂转移，以补偿其快速消耗，并在电极表面实现恒定和高浓度的CO₂浓度.JIANG等^［61］设计并合成了具有不同孔径的疏水性多孔Cu₂O球体［图12（a）］，并揭示纳米多孔通道对气体传输和三相界面的影响.疏水通道不仅促进了CO₂的快速运输，还捕获了压缩的CO₂气泡，形成了丰富而稳定的三相界面，这对高电流密度电催化至关重要［图12（b）］.密度泛函理论结果表明，凹面的原子边缘通过能量有利的OC―COH途径促进C―C耦合，导致CO₂到C₂₊的转化［图12（c）］.

2.4 降解挥发性有机化合物（VOCs）

挥发性有机污染物（VOCs）被认为是当前我国空气污染的关键物种，对人体健康和自然环境造成了极大的危害^［62］.催化燃烧技术常用于降解VOCs，但现有的催化剂体系普遍存在由于毒副产物累积导致的催化剂中毒等问题.因此，开发具有高效率、高选择性和高稳定性（抗中毒能力）的中低温VOCs催化剂，同步实现VOCs的深度降解和毒副产物的高效抑制，对于解决VOCs污染问题具有重要意义^［63］.DING等^［64］采用硅沸石的重结晶方法，成功实现了一步掺杂铝、介孔构建和CeO₂原位封装，构建了介孔CeO₂@ZSM-5限域催化剂［图13（a）］，并实现了高效催化燃烧对邻二氯苯（o-DCB）［图13（b）］.此外，赵东元院士课题组^［65］报道了一种负载在有序介孔二氧化硅（SBA-15）上的FeOx-CeOx纳米催化剂，该催化剂通过简单的两步浸渍-煅烧制备，在低温下实现了高效的甲醛消除［图13（c）］.

2.5 汽车尾气净化（NOx）

随着近年来工业的发展和汽车普及率的提高，大量氮氧化物（NO _x ）、一氧化碳（CO）和碳氢化合物（HC）等有害气体的排放严重破坏了大气环境^［66］.机动车尾气是我国主要的空气污染源之一，尤其是汽车尾气.在汽车尾气后处理技术中，选择性催化还原装置（SCR）是一个重要组成部分［图14（a）］，而介孔结构的金属氧化物制备是SCR中核心技术^［67］.YAMAUCHI等^［68］以PEO-b-PMMA聚合物胶束为模板，DMF和水作为混合溶剂，Na₃RhCl₆为前驱体，抗坏血酸为还原剂，通过一步法合成了100 nm的球形介孔Rh纳米颗粒［图14（b）］，孔径约11 nm，孔间距约21 nm.与商业化的Rh相比，这种高比表面积的介孔Rh纳米颗粒可在400 ℃稳定存在，其高比表面积和高热力学稳定性使得该材料在富氧条件下能将NO大量还原为N₂或N₂O［图14（c）］，为富氧条件下稀薄燃烧产生的汽车尾气中超标NO的净化提供了借鉴.

2.6 费-托合成

面对严峻的能源危机和环境问题，通过费-托合成反应，可以将来源丰富的合成气（如煤、生物质和天然气）转化成高附加值油品，从而减少对石油资源的依赖，逐步实现能源结构向清洁可再生能源的过渡^［69］.高效费-托合成催化剂的设计需要考虑反应活性、产物选择性和反应稳定性等多个因素.LI等^［70］通过在介孔硅（OMS）合成过程中掺入钴离子形成Co₂SiO₄，实现了对介孔硅的骨架改性，并系统研究了Co/OMS上Co₂SiO₄的形成机制及其对费-托反应性能的促进作用（图15）.骨架中的Co₂SiO₄一方面促进了活性钴物种的高度分散，另一方面可防止其与SiO₂进一步相互作用，避免生成非活性Co₂SiO₄的和催化剂的失活，从而有效增强了费-托合成反应的稳定性.此外，Co/OMS表面更高的CO/H₂吸附比被证明有助于反应过程中碳链的生长.

3 总结展望

介孔材料因其结构特异性而在许多应用领域展现出潜力.介孔材料不仅显示出独特的结构特征，而且具有基于单个纳米粒子的多功能应用的潜力.本文主要总结了合成介孔材料（如碳、SiO₂、TiO₂和非对称介孔）的最新成果.尽管在介孔材料的制备和应用方面取得了一些显著的进展，但该领域仍有两个关键问题尚未解决：（1）原子、纳米和微米尺度的精确控制，以及（2）“未实现”的元素和成分.因此，在未来的介孔材料研究中，还应该关注以下问题.

（1）深入研究界面组装机理.界面的组成对前体/复合胶束的组装模式有重要影响.然而，目前讨论的组装机制主要基于推测，需要更多直接证据的补充.原位表征技术（如原位TEM、原位XRD等）需要进一步发展，以观察胶束的组装过程，从而为胶束组装性能的精确控制提供更多指导.

（2）精确构建多级孔隙结构.孔隙参数，如尺寸、孔隙率和成分等，在实际应用中起着至关重要的作用.目前，不对称介孔材料主要由单一孔径组成，这影响了分子的选择性筛选、客体分子的选择性负载和离子的传质.

（3）在单粒子水平上建立构效关系.尽管在介孔材料的制备方面取得了许多显著的进展，但这些应用的结构性能关系仍需要在单颗粒水平上进一步研究.

（4）介孔材料在环境催化应用中的潜力.由于介孔材料具有极高的比表面积和独特的孔道结构，能够有效活化反应物分子（如PMS、H₂O₂、CO₂和NO _X ），因此在环境催化领域具有巨大的应用潜力.

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基金资助

国家自然科学基金资助项目(51672312)

湖北省自然科学基金-黄石联合资助项目(2022CFD001)