有序介孔材料是上世紀90年代迅速興起的新型納米結構材料，它一誕生就得到國際物理學、化學與材料學界的高度重視，并迅速發(fā)展成為跨學科的研究熱點之一。有序介孔材料雖然目前尚未獲得大規(guī)模的工業(yè)化應用，但它所具有的孔道大小均勻、排列有序、孔徑可在2～50nm范圍內連續(xù)調節(jié)等特性，使其在分離提純、生物材料、催化、新型組裝材料等方面有著巨大的應用潛力。
化工領域有序介孔材料具有較大的比表面積，相對大的孔徑以及規(guī)整的孔道結構，可以處理較大的分子或基團，是很好的擇形催化劑。特別是在催化有大體積分子參加的反應中，有序介孔材料顯示出優(yōu)于沸石分子篩的催化活性。因此，有序介孔材料的使用為重油、渣油等催化裂化開辟了新天地。有序介孔材料直接作為酸堿催化劑使用時，能夠改善固體酸催化劑上的結炭，提高產物的擴散速度，轉化率可達90％，產物的選擇性達100％。除了直接酸催化作用外，還可在有序介孔材料骨架中摻雜具有氧化還原能力的過渡元素、稀土元素或者負載氧化還原催化劑制造接枝材料。這種接枝材料具有更高的催化活性和擇形性，這也是目前開發(fā)介孔分子篩催化劑最活躍的領域。
有序介孔材料由于孔徑尺寸大，還可應用于高分子合成領域，特別是聚合反應的納米反應器。由于孔內聚合在一定程度上減少了雙基終止的機會，延長了自由基的壽命，而且有序介孔材料孔道內聚合得到的聚合物的分子量分布也比相應條件下一般的自由基聚合窄，通過改變單體和引發(fā)劑的量可以控制聚合物的分子量。并且可以在聚合反應器的骨架中鍵入或者引入活性中心，加快反應進程，提高產率。
生物醫(yī)藥領域一般生物大分子如蛋白質、酶、核酸等，當它們的分子質量大約在1～100萬之間時尺寸小于10nm，相對分子質量在1000萬左右的病毒其尺寸在30nm左右。有序介孔材料的孔徑可在2～50nm范圍內連續(xù)調節(jié)和無生理毒性的特點使其非常適用于酶、蛋白質等的固定和分離。實驗發(fā)現，葡萄糖、麥芽糖等合成的有序介孔材料既可成功的將酶固化，又可抑制酶的泄漏，并且這種酶固定化的方法可以很好地保留酶的活性。
生物芯片的出現是近年來高新技術領域中極具時代特征的重大進展，是物理學、微電子學與分子生物學綜合交叉形成的高新技術。有序介孔材料的出現使這一技術實現了突破性進展，在不同的有序介孔材料基片上能形成連續(xù)的結合牢固的膜材料，這些膜可直接進行細胞／DNA的分離，以用于構建微芯片實驗室。
藥物的直接包埋和控釋也是有序介孔材料很好的應用領域。有序介孔材料具有很大的比表面積和比孔容，可以在材料的孔道里載上卟啉、吡啶，或者固定包埋蛋白等生物藥物，通過對官能團修飾控釋藥物，提高藥效的持久性。利用生物導向作用，可以有效、準確地擊中靶子如癌細胞和病變部位，充分發(fā)揮藥物的療效。
環(huán)境和能源領域有序介孔材料作為光催化劑用于環(huán)境污染物的處理是近年研究的熱點之一。例如介孔TiO2比納米TiO2（P25）具有更高的光催化活性，因為介孔結構的高比表面積提高了與有機分子接觸，增加了表面吸附的水和羥基，水和羥基可與催化劑表面光激發(fā)的空穴反應產生羥基自由基，而羥基自由基是降解有機物的強氧化劑，可以把許多難降解的有機物氧化為CO2和水等無機物。此外，在有序介孔材料中進行選擇性的摻雜可改善其光活性，增加可見光催化降解有機廢棄物的效率。
目前生活用水廣泛應用的氯消毒工藝雖然殺死了各種病菌，但又產生了三氯甲烷、四氯化碳、氯乙酸等一系列有毒有機物，其嚴重的“三致”效應（致癌、致畸形、致突變）已引起了國際科學界和醫(yī)學界的普遍關注。通過在有序介孔材料的孔道內壁上接枝γ－氯丙基三乙氧基硅烷，得到功能化的介孔分子篩CPS－HMS，該功能性介孔分子篩去除水中微量的三氯甲烷等效果顯著，去除率高達97％。經其處理過的水體中三氯甲烷等濃度低于國標，甚至低于飲用水標準。
有序介孔材料在分離和吸附領域也有獨特應用。在濕度為20％～80％范圍內，有序介孔材料具有可迅速脫附的特性，而且吸附作用控制濕度的范圍可由孔徑的大小調控。同傳統(tǒng)的微孔吸附劑相比，有序介孔材料對氬氣、氮氣、揮發(fā)性烴和低濃度重金屬離子等有較高的吸附能力。采用有序介孔材料不需要特殊的吸附劑活化裝置，就可回收各種揮發(fā)性有機污染物和廢液中的鉛、汞等重金屬離子。而且有序介孔材料可迅速脫附、重復利用的特性使其具有很好的環(huán)保經濟效益。
有序介孔材料具有寬敞的孔道，可以在其孔道中原位制造出含碳或Pd等儲能材料，增加這些儲能材料的易處理性和表面積，使能量緩慢地釋放出來，達到傳遞儲能的效果。
目前在國內已有北京化工大學、復旦大學、吉林大學、中國科學院等多家科研機構和單位從事有序介孔材料的研究開發(fā)工作。可以相信，隨著研究工作的進一步深入，有序介孔材料像沸石分子篩那樣作為普通多孔性材料應用于工業(yè)已不遙遠。
化工領域有序介孔材料具有較大的比表面積，相對大的孔徑以及規(guī)整的孔道結構，可以處理較大的分子或基團，是很好的擇形催化劑。特別是在催化有大體積分子參加的反應中，有序介孔材料顯示出優(yōu)于沸石分子篩的催化活性。因此，有序介孔材料的使用為重油、渣油等催化裂化開辟了新天地。有序介孔材料直接作為酸堿催化劑使用時，能夠改善固體酸催化劑上的結炭，提高產物的擴散速度，轉化率可達90％，產物的選擇性達100％。除了直接酸催化作用外，還可在有序介孔材料骨架中摻雜具有氧化還原能力的過渡元素、稀土元素或者負載氧化還原催化劑制造接枝材料。這種接枝材料具有更高的催化活性和擇形性，這也是目前開發(fā)介孔分子篩催化劑最活躍的領域。
有序介孔材料由于孔徑尺寸大，還可應用于高分子合成領域，特別是聚合反應的納米反應器。由于孔內聚合在一定程度上減少了雙基終止的機會，延長了自由基的壽命，而且有序介孔材料孔道內聚合得到的聚合物的分子量分布也比相應條件下一般的自由基聚合窄，通過改變單體和引發(fā)劑的量可以控制聚合物的分子量。并且可以在聚合反應器的骨架中鍵入或者引入活性中心，加快反應進程，提高產率。
生物醫(yī)藥領域一般生物大分子如蛋白質、酶、核酸等，當它們的分子質量大約在1～100萬之間時尺寸小于10nm，相對分子質量在1000萬左右的病毒其尺寸在30nm左右。有序介孔材料的孔徑可在2～50nm范圍內連續(xù)調節(jié)和無生理毒性的特點使其非常適用于酶、蛋白質等的固定和分離。實驗發(fā)現，葡萄糖、麥芽糖等合成的有序介孔材料既可成功的將酶固化，又可抑制酶的泄漏，并且這種酶固定化的方法可以很好地保留酶的活性。
生物芯片的出現是近年來高新技術領域中極具時代特征的重大進展，是物理學、微電子學與分子生物學綜合交叉形成的高新技術。有序介孔材料的出現使這一技術實現了突破性進展，在不同的有序介孔材料基片上能形成連續(xù)的結合牢固的膜材料，這些膜可直接進行細胞／DNA的分離，以用于構建微芯片實驗室。
藥物的直接包埋和控釋也是有序介孔材料很好的應用領域。有序介孔材料具有很大的比表面積和比孔容，可以在材料的孔道里載上卟啉、吡啶，或者固定包埋蛋白等生物藥物，通過對官能團修飾控釋藥物，提高藥效的持久性。利用生物導向作用，可以有效、準確地擊中靶子如癌細胞和病變部位，充分發(fā)揮藥物的療效。
環(huán)境和能源領域有序介孔材料作為光催化劑用于環(huán)境污染物的處理是近年研究的熱點之一。例如介孔TiO2比納米TiO2（P25）具有更高的光催化活性，因為介孔結構的高比表面積提高了與有機分子接觸，增加了表面吸附的水和羥基，水和羥基可與催化劑表面光激發(fā)的空穴反應產生羥基自由基，而羥基自由基是降解有機物的強氧化劑，可以把許多難降解的有機物氧化為CO2和水等無機物。此外，在有序介孔材料中進行選擇性的摻雜可改善其光活性，增加可見光催化降解有機廢棄物的效率。
目前生活用水廣泛應用的氯消毒工藝雖然殺死了各種病菌，但又產生了三氯甲烷、四氯化碳、氯乙酸等一系列有毒有機物，其嚴重的“三致”效應（致癌、致畸形、致突變）已引起了國際科學界和醫(yī)學界的普遍關注。通過在有序介孔材料的孔道內壁上接枝γ－氯丙基三乙氧基硅烷，得到功能化的介孔分子篩CPS－HMS，該功能性介孔分子篩去除水中微量的三氯甲烷等效果顯著，去除率高達97％。經其處理過的水體中三氯甲烷等濃度低于國標，甚至低于飲用水標準。
有序介孔材料在分離和吸附領域也有獨特應用。在濕度為20％～80％范圍內，有序介孔材料具有可迅速脫附的特性，而且吸附作用控制濕度的范圍可由孔徑的大小調控。同傳統(tǒng)的微孔吸附劑相比，有序介孔材料對氬氣、氮氣、揮發(fā)性烴和低濃度重金屬離子等有較高的吸附能力。采用有序介孔材料不需要特殊的吸附劑活化裝置，就可回收各種揮發(fā)性有機污染物和廢液中的鉛、汞等重金屬離子。而且有序介孔材料可迅速脫附、重復利用的特性使其具有很好的環(huán)保經濟效益。
有序介孔材料具有寬敞的孔道，可以在其孔道中原位制造出含碳或Pd等儲能材料，增加這些儲能材料的易處理性和表面積，使能量緩慢地釋放出來，達到傳遞儲能的效果。
目前在國內已有北京化工大學、復旦大學、吉林大學、中國科學院等多家科研機構和單位從事有序介孔材料的研究開發(fā)工作。可以相信，隨著研究工作的進一步深入，有序介孔材料像沸石分子篩那樣作為普通多孔性材料應用于工業(yè)已不遙遠。
