硅藻土基复合材料在能源与环境领域的应用进展

摘要

相比于传统的纳米颗粒材料,无机有序多孔纳米材料具有大的比表面积、高的吸附容量和许多特殊性能,在吸附、分离、催化等领域得到广泛应用.硅藻土作为一种天然的矿物材料具有多级孔道结构,是一种优良的无机多孔材料.过去对硅藻土的开发与利用的方式较为粗犷,例如用于建筑材料、过滤填料等低附加值材料.近年来,由于硅藻土具有独特的纳米和微米形态天然多孔三维分层结构、高比表面积,以及良好的热稳定性和高性价比,其研究与利用逐渐成为微纳米技术领域的热点,在微纳米尺度引出一系列理论和技术问题,其研究成果也逐步应用到工业与民生领域.得益于自身天然多孔的三维分层结构,硅藻土具有较高的比表面积,因而有潜力成为储能器件的原材料.然而,硅藻土存在高电阻率等缺点,不利于能量转换和储存等应用.为此,研究者对硅藻土的优化开展了大量的工作.具体地说,一方面将具有电化学性质的材料负载于硅藻土表面,利用硅藻土表面的硅羟基与修饰材料进行价键匹配,使复合材料具有较高的导电特性;同时,借助硅藻土高的比表面积及多孔结构,可大幅提高硅藻土基复合材料的电化学性能.另一方面,将硅藻土完全转化为另一种高导电性材料,以进一步提高复合材料的导电性能.硅藻土基复合材料在储能方面的应用已经引起广泛关注,并显示出巨大的潜力和发展空间.三维多孔材料在环境领域也具有广阔的应用空间.表面修饰可赋予硅藻土三维多孔材料优异的性能.例如,采用硅藻土表面硅羟基与纳米金属氧化物通过氢键进行结合,可显著改变纳米金属氧化物的表面价键排布,从而影响材料的性能.现阶段国内外针对硅藻土基复合材料在环境领域的应用已经开展了大量的研究工作.主要通过表面化学修饰的手段在硅藻土表面可控沉积功能材料实现功能性复合材料的构筑.这种复合材料保持着硅藻土的孔道结构,其较高的比表面积为功能材料提供了大量的活性位点,可显著提升硅藻土复合材料的性能.硅藻土基复合纳米材料是近年来出现的一个新的研究领域,它在超级电容器储能、锂电池、重金属污染物吸附、降解、催化合成等诸多领域得到了研究及应用.根据近年来国内外在硅藻土材料方面的研究现状,本文介绍了使用硅藻基复合材料在能源及环境领域应用的新进展.