2024, Vol. 41
二氧化硅(SiO2)纳米片泛指厚度为几纳米到几十纳米的二维(2D)二氧化硅纳米材料。二氧化硅纳米片不仅具有化学惰性、生物相容性、易修饰性等特点，还拥有超薄结构、大比表面积等属性。介孔二氧化硅纳米片(MSNSs)一般在平面(二维方向)上有介孔结构，同时具有介孔材料和二维结构的特性。自从2004年Novoselov等[1]通过机械剥离法获得石墨烯后，金属氧化物[2, 3]、2D过渡金属硫化物[4, 5]、层状双金属氢氧化物[6, 7]、2D共价有机骨架[8, 9]、2D金属有机骨架[10, 11]、黑鳞[12, 13]、石墨相氮化碳[14, 15]、六方氮化硼[16, 17]、二维过渡金属碳化物和氮化物[18, 19]等大量2D材料被成功制备。由于SiO2在自然中缺乏层状前驱体，且常规的硅源水解法只能得到SiO2纳米小球，SiO2纳米片的合成仍面临巨大的挑战，目前制备出的纳米片存在尺寸较小、厚度较大、形状不规则和介孔纳米片的孔径较小(＜5 nm)等系列问题。如果无法实现对纳米片形状和厚度的精确调控，其实际应用会受到限制。目前常采用硬模板法合成纳米片，不规则硬模板的使用直接导致产物的外形不规则。如果能以规则外形的层状材料作为硬模板，有望合成出规则的纳米片。随着2D材料的不断开发，具有优良特性的2D SiO2的可控合成及潜在应用引起了研究者的广泛兴趣。本综述概括了近年来国内外关于SiO2纳米片的合成方法的原理及优缺点，并总结了相关的应用进展，为进一步的研究提供指导。
1 二氧化硅纳米粒子的合成机理自从Stöber等[20]第1次在醇水体系中合成出单分散SiO2纳米小球，后来的研究者在此基础上不断改良，核壳状[21-23]、蛋黄状[24-26]和雪人状[27-29]等不同形貌的SiO2纳米粒子被成功地合成，如图 1所示。
在酸性或碱性条件下催化水解硅烷前驱体得到的SiO2低聚物发生自组装，得到不同形貌的SiO2纳米粒子。因为硅烷前驱体不溶于水，一般会加入共溶剂(醇类)增加其溶解度的同时提高反应速率。盐酸等酸性催化剂和氨水等碱性催化剂都可以催化硅烷前驱体的水解和缩聚，在酸性条件下，水解速率大于聚合速率；而在碱性条件下，聚合速率大于水解速率[30]。弱碱性氨基酸(赖氨酸、精氨酸)也可作为催化剂催化硅烷前驱体来调控二氧化硅的纳米结构[31, 32]。在反应过程中pH值平稳下降，由于氨基酸具有缓冲功能，致使体系pH值维持在一定的范围内，从而有效地控制反应速率。球形结构具有最小的表面能，体系中一般倾向于形成球形结构的SiO2纳米小球[33, 34]。此外，SiO2中Si的杂化方式为sp3，所以SiO2在水解中倾向于形成立体结构。
2 二氧化硅纳米片的合成进展为了制备二维二氧化硅，往往需要引入模板或诱导剂使SiO2在一个维度上生长得到纳米片。在反应体系中引入造孔剂时，可进一步地合成MSNSs，常用的造孔剂有十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)[38-43]、十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)[44-47]、嵌段共聚物P123[48]和F127[49]。图 2展示了SiO2纳米片的合成方法时间线，具体合成方法如下。
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| 图 2 SiO2纳米片的合成方法时间线 Fig.2 Timeline of the preparation methods of silica nanosheets |
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层状模板法是将SiO2沉积在层状模板表面得到“三明治”状结构，再移除中间模板层得到SiO2纳米片，常用的层状模板为氧化石墨烯(GO)。石墨烯具有优良的性质，但是石墨烯的易团聚性限制了其应用；而SiO2易改性，形成二氧化硅/石墨烯复合结构，可以克服石墨烯的易团聚问题，高温去除掉石墨烯后就可得到SiO2纳米片，如图 3所示。通常先制备GO，然后在其表面沉积SiO2，在其表面沉积SiO2层的方法也多种多样。Kan等[50]通过原位自由基聚合方法将含硅的乙烯基聚合物共价接枝到GO表面，然后在氨水溶液中使其发生交联后得到SiO2层，最后通过高温热解除去GO得到SiO2纳米片。Xue等[51]在苯甲醇包水的微乳液中，利用氨水催化原硅酸四乙酯(TEOS)在油水界面处的水解得到SiO2纳米片。水解后的SiO2低聚物与GO表面的含氧官能团(羟基和羧基)之间发生相互作用从而生长在GO表面。随着反应的进行，SiO2均匀紧密地沉积在GO表面形成SiO2层，得到“三明治”状结构，高温煅烧除去GO后得到SiO2纳米片。SiO2在GO表面的缓慢沉积相比于接枝聚合法得到的SiO2层更加均匀。
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| 图 3 层状模板法流程示意图 Fig.3 Schematic illustration of layered template process |
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表面活性剂在达到临界胶束浓度后会在溶液中自发形成球形或柱形等不同形态的胶束以达到最低表面能状态[52]。胶束可以通过氢键作用吸附在GO等模板表面的含氧官能团上，因胶束间存在斥力，所以相邻胶束间会维持一定的距离。当硅烷前驱体水解后，SiO2低聚物会填充到胶束之间的空隙从而形成模板/胶束/SiO2的复合结构，当移除掉模板和胶束后即可得到MSNSs。介孔二氧化硅的合成不仅受结构导向剂浓度和种类的影响，还受模板表面的亲疏水性影响。例如CTAB胶束在亲水表面倾向于形成球形胶束；而在疏水表面倾向于形成半球形或圆柱形胶束[53, 54]。Yang等[38]在碱性溶液中利用CTAB吸附在GO表面并诱导SiO2低聚物在GO表面缩聚成介孔SiO2，移除CTAB后可得到基于GO的MSNSs，孔径约为2 nm。Wang等[44]利用CTAC引导SiO2在GO表面的组装行为，得到基于GO的具有垂直中孔的MSNSs。半球形胶束CTAC吸附在GO表面后，SiO2低聚物的自组装行为及其随后的缩聚促进半球形胶束结构转变为垂直于GO表面的圆柱形胶束，最后得到的MSNSs平均孔径约为4 nm。利用离子表面活性剂作为造孔剂得到的MSNSs一般孔径较小(＜5 nm)，并且单层的介孔还存在一个潜在的问题，即介孔结构易在制备过程中被超声等外力破坏。为了扩大介孔孔径，Liu等[45]以CTAC为造孔剂，在合成中引入有机溶剂(如环己烷)得到具有“漏斗状”垂直介孔二氧化硅-石墨烯夹心状纳米片。在反应中环己烷填充到圆柱形CTAC胶束中发挥扩孔剂的作用，得到不断扩大的孔道结构，底部孔径约为3 nm，顶部孔径约为8 nm。为了加强介孔结构的机械强度，Li等[48]用非离子表面活性剂P123为造孔剂，诱导SiO2在GO表面形成立方介孔结构，再通过煅烧除去石墨烯和P123后得到立方介孔结构MSNSs。高度有序的立方介孔结构更加牢固，孔径为5 nm左右。
除GO外，二维过渡金属碳化物和氮化物(MXene)也可以作为模板合成MSNSs。Shi等[55]用化学蚀刻方法得到MXene层，以CTAB为表面活性剂，利用TEOS在MXene表面的可控水解合成MSNSs，孔径约为3 nm。对于层状模板法，如果采用剥离层状材料获得层状模板，该法不可避免地受到层状模板良率低、形貌不规则的限制，这也直接导致得到的纳米片形状不规则，也注定此类合成方法的不可持续性。此外，硅烷前驱体在这些模板表面上的不均匀沉积和聚合会造成纳米片厚度的不均匀性，还会导致纳米片表面生成很多无规则的纳米颗粒。通过引入表面活性剂可以制备介孔二氧化硅纳米片，但一般孔径较小，限制了其实际应用。
2.2 球形模板法球形模板法即在乳液体系中球形液滴表面水解硅烷前驱体后得到SiO2壳层[56, 57]，或直接在微球表面生长SiO2壳层[49, 58]得到核壳结构，移除掉中间的核后，粉碎壳层得到纳米片，如图 4所示。Liang等[56]报道了通过破碎乳液中形成的Janus SiO2空心球制备SiO2纳米片。先将含石蜡油、TEOS、酰胺基丙基三甲氧基硅烷(APTMS)、苯基-三乙氧基硅烷(PTES)和水的混合液在超剪切的作用下乳化形成水包油型乳液。然后调节体系为酸性，硅烷会在油水界面发生水解和聚合作用形成SiO2壳。亲水性胺基和疏水性苯基在界面处自组装，分别面向外部水相和内部油相，从而得到内核为石蜡油，外壳为Janus SiO2层的核壳结构。通过正己烷溶解除去石蜡油后即可得到Janus SiO2空心球，最后研磨空心球得到SiO2纳米片。Yu等[59, 60]通过粉碎SiO2多孔泡沫的方法得到Janus SiO2纳米片。以溶解了甲基修饰的聚乙氧基硅氧烷(PEOS)的甲苯作为油相，pH值为1的盐酸水溶液作为水相，PEOS既能作为硅烷前驱体，又能起到类似稳定剂的作用，乳化后形成内相体积分数超过74%的油包水型高内相乳液。PEOS在油水界面水解和聚合形成SiO2空心球，内表面亲水，外表面疏水，而不同的空心壳之间发生交联作用堆积形成泡沫结构，最后通过超声处理粉碎泡沫得到SiO2纳米片。该法减少了表面活性剂的使用，唯一的硅烷前驱体既可以充当硅源，又可以充当表面活性剂稳定乳液。如果在合成SiO2泡沫时进一步在水相中加入3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APTS)，在形成泡沫结构的过程中，APTS可以通过SiO2表面的羟基对其氨基化，最后得到Janus SiO2纳米片。在配制皮克林乳液时具有pH值效应，可以通过调节pH值使乳液破乳。一般采用后处理接枝的方法赋予纳米材料特定的官能团是一个多步骤的过程，且效率通常较低。这里通过“一锅端”方法在反应的同时完成功能化修饰使其具有pH值效应非常简便。
在反应体系中表面活性剂与硅烷前驱体发生协同自组装得到介孔壳结构，该路径同样可制得MSNSs。Ding等[49]以F127为造孔剂，在聚苯乙烯球(PS)表面合成MSNSs。在PS表面利用喷雾蒸发干燥法诱导F127和SiO2低聚物自组装形成介孔核壳结构，PS核和F127可通过DMF萃取或煅烧除去。在喷雾干燥期间，F127与SiO2低聚物的协同自组装成核过程非常缓慢，而两者在PS表面的自组装则非常迅速，从而避免了不同核壳球之间的聚集现象。Yan等[58]以CTAB为造孔剂，在PS表面生长介孔SiO2层后对外表面进行疏水处理，得到具有垂直介孔的Janus MSNSs。通过溶胶-凝胶法在PS表面生长有序介孔二氧化硅层后，用辛基三甲氧基硅烷对SiO2外表面进行疏水修饰。由于表面活性剂分子占据介孔通道，含有疏水基团的有机硅烷分子难以通过孔道进入SiO2壳内，从而使疏水性辛基被接枝在外表面。PS内核可以通过四氢呋喃溶解去除，最后得到Janus MSNSs的孔径约为2.7 nm。具有垂直介孔的Janus MSNSs因其一面亲水，一面亲油，可以为油水界面反应中的双向反应物质传递提供有效的传递通道。对于球形模板法，机械破碎处理制备的SiO2纳米片虽然过程简单，也较易规模制造，但纳米片的尺寸和表面粗糙度不一、厚度也不均匀。在合成过程中渗透压力的存在可能导致球形外壳被破坏，致使纳米片形状不规则。
2.3 层状结构调控法层状结构调控法就是利用层状材料的层与层之间的空间限域反应，限制SiO2在二维方向上生长来制备SiO2纳米片，如图 5所示。Du等[61]以层状石墨相氮化碳(g-C3N4)和CTAB协同作用形成层状结构合成MSNSs。酸化处理得到层状g-C3N4后，CTAB形成胶束后会吸附在g-C3N4表面，SiO2低聚物聚集在CTAB胶束周围生长得到介孔SiO2，煅烧去除模板后得到MSNSs，孔径在3 nm左右。纳米片的厚度可以通过调节g-C3N4和硅烷前驱体之间的比例在6~20 nm之间调控。Shen等[62]使用蒸发诱导自组装的方法，通过热解和煅烧硅烷前驱体和三聚氰胺混合物制备MSNSs。以P123为软模板得到预水解的SiO2溶胶，然后将研磨成粉末的三聚氰胺加入到前述预水解的溶胶中进行蒸发自组装。自组装过程中，SiO2低聚物与P123会填充至三聚氰胺之间的空隙中，得到P123胶束和SiO2的交联结构。在惰性气氛下进行热处理使三聚氰胺热缩合成层状g-C3N4，同时使P123碳化，形成g-C3N4、SiO2和碳的复合物。最后煅烧去除碳和g-C3N4后，得到MSNSs。纳米片的平均孔径为5 nm左右，孔径分布不均匀(2~9 nm)。
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| 图 5 层状结构调控法流程示意图 Fig.5 Schematic illustration of layered-phase controlling process |
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Singh等[63]通过层状胶束作为软模板合成SiO2纳米片。CTAB在环己烷-水混合体系中形成层状胶束，然后加入1-戊醇作为助表面活性剂共同形成层状相，用氨水催化TEOS水解后，SiO2低聚物进入层状胶束之间并发生缩聚反应生成纳米片，移除掉胶束软模板后就得到SiO2纳米片。该法制备的纳米片堆叠和团聚现象较严重，用乙二胺代替氨水时，乙二胺不仅作为有机碱起催化作用，还能够起到稳定纳米片的效果，使纳米片的分散性得到一定程度地改善。可以通过不同的助表面活性剂调控纳米片的厚度(2~15 nm)。一般情况下，结构导向剂的合成步骤相对复杂，并且需要调控至特定的环境才能发挥作用。通过简单的酸化处理得到层状g-C3N4作为引导剂，或以商购的试剂为引导剂极大地简化了实验步骤。
2.4 溶解-再生长法溶解-再生长法顾名思义就是用强碱性溶液将SiO2溶解，然后在相同条件下进行SiO2再生长的过程。图 6说明了溶解-再生长法的流程。Ji等[64-66]通过溶解-再生长反应制备直立网络状SiO2纳米片。先在硅晶片表面溅射SiO2层，然后在NaBH4水溶液中对其进行溶解-再生长反应。强碱性的NaBH4会促使表面SiO2层逐渐溶解成硅酸盐，并且表面变得凹凸不平。当溶液中硅酸盐逐渐饱和时，来自NaBH4解离的BO2-离子与硅酸盐的羟基结合并充当硅氧烷网络的交联剂，促进SiO2在表层再生长，并且溶解的硅酸盐更倾向于在凸起的SiO2区域重新生长从而得到直立网络状SiO2纳米片。纳米片可以通过简单的超声处理进行剥离，硅片也可以用载玻片、石英等基底进行替换。Ji等[67]尝试从SiO2纳米球出发，在强碱性NaBH4的作用下，SiO2纳米球逐渐被溶解成硅酸盐，过饱和的硅酸盐在颗粒表面以壳的形式再生长，最终得到由网络状SiO2纳米片构成的胶囊结构。溶解-再生长法步骤较简单，但该过程可控性较差，数纳米厚的直立的纳米片之间可以形成几十纳米的孔道，从基底上剥离时不可避免地会破坏其多孔结构。
2.5 乙酸乙酯介导法
Wang等[68]提出一种湿化学合成方法，通过乙酸乙酯作为封端剂控制TEOS水解后SiO2低聚物的组装过程来制备SiO2纳米片，如图 7所示。硅烷前驱体在水解和缩聚反应过程中先形成SiO2低聚物，其在含乙酸乙酯的碱性溶液中带负电，表面有羟基。SiO2低聚物表面的羟基与乙酸乙酯上的羰基氧之间形成氢键来降低自身的表面自由能。如果乙酸乙酯的添加量低于在SiO2表面形成单分子层所需的理论吸附量，乙酸乙酯不能完全覆盖SiO2表面。在疏水作用以及低聚物之间的静电斥力达到平衡条件下，SiO2逐渐形成“二维聚集体”。当更多的SiO2低聚物发生聚合作用后得到了SiO2纳米片，厚度为5~7 nm。乙酸乙酯也可以用其他封端剂(如正丁醇、甲酸乙酯和异丙醇)代替。该法完全脱离了硬模板，通过调控SiO2低聚物的自组装得到纳米片。此外，可以通过控制反应时间得到横向尺寸不同的纳米片，但对纳米片规则形状的精确调控仍存在不足。
Wang等[69]进一步在制得的SiO2纳米片的两侧沉积介孔SiO2层来制备MSNSs。纳米片表面部分接枝乙酸乙酯后呈现疏水性，先用APTS对纳米片进行氨基修饰使其表面更易于沉积SiO2。CTAB自组装成球形胶束并吸附在SiO2纳米片表面，1, 2-双(三乙氧基甲硅烷基)乙烷和TEOS在碱性条件下水解形成的SiO2低聚物自组装在胶束周围，并促使球形胶束转变为圆柱形胶束，从而得到垂直介孔SiO2层。通过溶剂萃取去除CTAB，并用NaBH4或Na2CO3溶液通过控制时间选择性地蚀刻中间层的SiO2后，得到垂直介孔MSNSs。通过添加不同的有机溶剂，纳米片孔径可以从4增大到24 nm。该法创新性地合成出有垂直中孔的MSNSs，虽然厚度较大，但填补了大孔径MSNSs合成方法的空白。
2.6 仿生法仿生法是利用含胺的生物分子[70-72]或多肽分子[73]在温和条件下促进硅烷前驱体的水解聚合制备纳米片[74]。图 8揭示了仿生法的整个流程。Siddharth等[70]以聚赖氨酸(PLL)为结构导向剂仿生合成SiO2纳米片。PLL在溶液中自组装成特定的空间结构，其结构上的氨基可以成为仿生硅化的位点，SiO2低聚物在相应位点聚合后可以得到SiO2纳米片。但该法合成的纳米片会伴随SiO2小球的生成，需要控制体系没有任何扰动。Chen等[71]利用二嵌段共聚物诱导合成SiO2纳米片。两亲性二嵌段共聚物聚乙二醇-聚赖氨酸(PEG-PLL)的PLL段会与SiO2低聚物发生相互作用而生成纳米片，PEG段则仍然留在SiO2纳米片的表面使得纳米片保持一定的分散性。纳米片厚度约30 nm，横向尺寸可大到几十微米，但能在水溶液中稳定数天，并且在干燥后能重新分散在水或其它PEG选择性溶剂(氯仿、二氯甲烷、二甲基甲酰胺等)中，有利于其实际应用。Yao等[72]通过相分离与仿生法相结合，用聚(甲基丙烯酸二甲氨基乙酯)和聚苯乙烯的嵌段共聚物(PDMAEMA-b-PS)作模板剂诱导合成SiO2纳米片。在选择性溶剂中PDMAEMA-b-PS会发生相分离过程，PS嵌段形成层状结构，而PDMAEMA嵌段成为树枝状，该结构不仅可以催化SiO2的水解缩聚，还能引导SiO2在其表面生成SiO2纳米片。该法利用不同的嵌段共聚物可制备SiO2纳米球甚至SiO2纳米管，缺点是合成的纳米片厚度较大(~35 nm)，并且随着反应时间的延长会出现不规则的SiO2粒子。Helmut等[73]由疏水性亮氨酸(L)和亲水性赖氨酸(K)组成的两亲性肽(LK)在空气-水界面处调控SiO2生长得到纳米片，其厚度仅为2~3 nm。
Shen等[75]通过静电纺丝与煅烧工艺相结合制备MSNSs。树枝状聚酰氨基胺(PAMAM)由于叔胺基在水溶液中的质子化呈弱碱性，可以催化TEOS水解。PAMAM上的胺基通过氢键与SiO2的羟基发生作用，SiO2低聚物与树枝状PAMAM互相交联，形成聚酰氨基胺-二氧化硅复合薄膜。静电纺丝时，薄膜在聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的诱导下发生柔性弯曲形成纳米纤维；静电纺丝后，煅烧除去PVP和PAMAM，薄膜得以恢复并得到MSNSs。仿生法一般需要合成特定的结构导向剂，过程较繁琐，但仿生硅化时反应条件一般比较温和，方便调控。
2.7 小结表 1总结了各种合成方法的优缺点。
| 方法 | 优点 | 缺点 |
| 层状模板法 | 适用不同引导剂和模板 | 模板获得困难，形状不规则 |
| 球形模板法 | 可合成Janus纳米片方便规模制造 | 厚度不均匀，形状不规则 |
| 层状结构调控法 | 可调节纳米片厚度 | 层状胶束团聚严重，形状不规则 |
| 溶解-再生长法 | 方法简单 | 剥离易损坏，形状不规则 |
| 乙酸乙酯介导法 | 脱离模板 | 形状不规则 |
| 仿生法 | 低温、中性pH值 | 引导剂合成不易 |
综上所述，SiO2纳米片合成最大的难点就是形状不规则。此外，纳米片的团聚问题也不容忽视，液相法合成的纳米片会随着放置时间地延长而发生团聚，而高温条件下合成的纳米片，二维超薄结构在高温脱水缩合时易变形。对于层状模板法，如果改用“自下而上”合成方法得到的二维材料为模板制备SiO2纳米片，有望降低模板的获取难度。对于球形模板法，以碱性氨基酸为催化剂，可以形成pH值较低且稳定的反应体系，使整体反应速率较低，使SiO2低聚物缓慢沉积，有望实现对纳米片厚度的精准调控。对于仿生法，探索基于商购的结构导向剂的仿生硅化法，有望简化实验步骤。对于溶解-再生长法，如果在基底上溅射较薄的硅片层，使其在强碱性溶液中完全反应完后直接脱落，有望避免剥离过程造成的破损。
3 二氧化硅纳米片的应用进展 3.1 CO2吸附化石燃料的使用，导致大气中CO2浓度不断升高，带来了全球气温上升、冰川融化和极端天气等诸多环境问题。因此，开发高效的吸附剂来降低大气中的CO2浓度有着现实意义。虽然液体胺类可以大规模捕获CO2，但是其毒性、腐蚀性等成本问题限制了其应用。CO2固体吸附剂以不同的多孔材料为载体，环保且易于处理、再生能量需求较低、可在特殊领域如潜艇和航天器等封闭环境中应用。传统的CO2固体吸附剂存在选择性差等问题，胺基修饰的吸附剂对CO2吸附有良好选择性。此外，吸附热无法及时移除会导致聚乙烯亚胺(PEI)等有机官能团分解，吸附效率降低，因此需要开发特殊结构的固体吸附剂。Yang等[76]用简单的浸渍法将PEI接枝到基于石墨烯的“三明治”状介孔二氧化硅纳米片来制备固体吸附剂，75 ℃下最高CO2吸附量约190 mg·g-1。石墨烯的存在有利于散热，防止PEI分解，提高循环稳定性。Singh等[63]利用SiO2纳米片制备胺功能化的固体吸附剂捕获CO2。对比四乙烯五胺(TEPA)、PEI和APTS官能化的吸附效果，TEPA效果最优，在22个CO2吸附(75 ℃)和解吸(110 ℃)循环中，总CO2吸附量达3 256 mg·g-1。
3.2 有机污染物收集精细化工生产、农业应用、化石燃料开采和燃烧产生难降解和难溶于水的有机染料、农药、多环芳烃等污染物，破坏生态平衡，进入生物链循环损害人体健康，因此急需开发去除这类有机污染物的方法，纳米二氧化硅则是优良的吸附剂[77]。Zhao等[78]用SiO2纳米片吸附水溶液中亚甲基蓝染料后用乙醇进行解吸，最大吸附容量为11.77 mg·g-1。Shen等[79]用CTAB和十六烷基三甲氧基硅烷对SiO2纳米片进行改性来增强纳米片疏水性并增加活性吸附位点，得到低成本的吸附剂。对空间位阻不同的阴离子(溴酚蓝)和阳离子(结晶紫、孔雀石绿)三苯基染料都具有良好的吸附性能：溴酚蓝吸附量为143 mg·g-1，结晶紫吸附量为260 mg·g-1，而孔雀石绿吸附容量高达286 mg·g-1。Shen等[80]通过仿生法制备MSNSs，作为吸附剂从水溶液中去除罗丹明B染料(RB)。MSNSs是无机吸附剂，不存在有机改性基团的自降解过程。MSNSs比表面积和孔容量较大，有利于物理吸附，与RB之间形成氢键促进吸附。物理吸附虽然是废水处理的有效方法之一，但是完全依靠材料本身的结构特性，脱附过程较难进行，甚至可能会破坏材料本身的结构。Liang等[56]将合成的Janus SiO2纳米片用作胶体表面活性剂来稳定皮克林乳液，可以富集难溶于水的有机污染物。Yu等[60]制备PS改性的Janus SiO2纳米片，将少量纳米片加入油/水乳液中，简单摇晃可使油滴迅速聚集。
3.3 药物载体介孔二氧化硅具有生物相容性，低毒性和介孔特性，在大分子药物递送方面有潜在应用。然而，现有的介孔二氧化硅孔径较小且孔道较长，不利于大分子药物的释放。Zhang等[81]合成有序卷曲的SiO2纳米片，粒径小(~42 nm)却拥有互通的介孔孔道(~13.4 nm)，可用于递送大分子药物来抑制耐药性疾病。Ji等[64]通过直立网络状SiO2纳米片递送DNA底物，用于基因反向转染。无细胞毒性的纳米片网络为基因锚定在底物或支架上提供了可能性，有望用于基因定向转移等方面研究。Ji等[66]合成的海绵网络状SiO2纳米片用于包裹药物分子的载体，通过超声或其他温和的刺激使药物释放而破坏载体结构。纳米片高度开放的孔道结构有利于分子扩散，促进分子在表面的吸附，避免后续生物应用中使用表面配体后带来的毒性问题。但目前无法实现对这类新材料结构的精准调控，导致在药物传递时选择性相对较差。
3.4 膜分离传统的分离方法，如离心分离、沉降、磁分离等分离技术虽然适用性广，但是无法对分离物进行选择性筛分。膜分离作为一种新技术在水净化、气体分离和材料合成等工业过程中更有优势。从宏观基底上生长二氧化硅薄膜，剥离薄膜时不可避免地会造成薄膜的损坏[82]。Wang等[69]以真空过滤的方式堆叠MSNSs在醋酸纤维素支撑膜上形成高度定向膜，用于分离不同尺寸的生物分子或纳米颗粒，膜的厚度可由纳米片的量来控制。膜对一定尺寸范围的纳米颗粒或分子具有良好的选择性，也可以截留一定尺寸的颗粒，但无法实现对单一尺寸颗粒的筛分。
3.5 电池电极锂硫电池因其比能量密度大、比容量高、低成本、环保等优点而备受关注，但在实际应用中受到硫正极的低电导率、硫体积膨胀大、穿梭效应等问题导致效率低下。Zhang等[42]用石墨烯负载的MSNSs作为锂硫电池的硫阴极主体，有效地提高了电池循环性能和稳定性。石墨烯可以提高硫的导电性，MSNSs中堆积形成的大介孔(14 nm)可以包住大量硫，同时纳米片本身的小介孔(2.8 nm)可以有效防止多硫化锂从阴极逸出，有利于吸附硫和电解质。
4 总结和展望二氧化硅纳米材料由于其优异性能在近几十年不断引起科学家们的广泛兴趣，目前非二维结构的SiO2纳米粒子合成方法已经相对成熟，然而规则SiO2纳米片的合成及调控仍然面临很大的挑战。用各种简易方法得到规则形状的二维材料为硬模板，在其表面生长SiO2制备纳米片，有望解决纳米片形状不规则的问题。如果能在溶胶状态通过化学方法除去硬模板的话，可得到单分散的SiO2纳米片。在合成中引入合适的溶胀剂进入胶束内核，进而增大胶束的尺寸，有望解决介孔纳米片孔径较小的问题并实现对孔径的调节。介电常数较低的溶剂如乙醇中会大大降低纳米片表面的静电斥力，纳米片间易发生团聚。因此，在水溶液中合成SiO2纳米片不仅可以降低反应速率利于调控形貌，还有望缓解纳米片团聚的问题。目前纳米片主要的应用领域为气体吸附、有机污染物收集和药物传递等领域。在药物治疗领域，介孔SiO2纳米片由于其生物相容性及介孔结构带来较高的药物负载量，无疑在药物治疗领域有很大的进步空间。在化学机械抛光领域，SiO2纳米片作为新型的研磨颗粒调配抛光液，较大的横向接触面积能在提高滑动摩擦概率的同时降低滚动摩擦的概率，从而提高平均摩擦系数。该新型研磨颗粒有望在提高研磨速率的同时降低缺陷率，在高端晶圆制造的化学机械抛光方面有潜在的应用价值。我们相信，单分散、形貌规则、孔径可调、可长时间稳定储存的SiO2纳米片的合成将取得突破，在环境、能源、芯片、生物等领域将有新的发展契机，其性能和应用值得进一步的开发。
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