Fe3+离子导向的组装过程：制备具有稳定结构且含有铁元素的聚甲基硅氧烷干凝胶，这些干凝胶还具备分支网络特性

《Langmuir》：Fe3+-Coordination-Directed Assembly of Robust Fe-Incorporated Polymethylsilsesquioxane Xerogels with Branched Networks

铁掺杂聚甲基硅氧烷气凝胶通过酸碱催化合成，pH 7.0–7.5调控Fe(OH)3与CTAB组装形成分支结构，显著提升机械性能至80%压缩应变无断裂及400次循环压缩稳定。

　　

聚甲基硅氧烷（PMSQ）干凝胶由于具有悬挂的甲基基团，因此在常压干燥条件下成为传统二氧化硅气凝胶的有吸引力的替代品。这些甲基基团使得PMSQ干凝胶具有较低的骨架密度（约1.40克/立方厘米）、良好的机械柔韧性和天然的疏水性。然而，其实际应用受到机械强度不足的限制。为了解决这一问题，我们采用FeCl₃和NH₃·H₂O作为酸碱催化剂，制备了含有铁元素的PMSQ（Fe-PMSQ）干凝胶。总碱浓度（c_base）决定了溶液的pH值，进而调控Fe³⁺的水解行为以及甲基三乙氧基硅烷的缩合速率。在最佳的pH值范围（7.0–7.5）内，Fe(OH)_{3占据主导地位，并通过Fe³⁺导向的组装与十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）胶束发生相互作用。这一过程形成了与传统球形或珊瑚状PMSQ结构不同的分支结构：Fe³⁺纳米簇作为密集交联的节点，形成了大量的Si–O–Fe键合，限制了Si–OH键向刚性分支的转化；同时CTAB在网络连接处促进了Fe³⁺的富集。凝胶化过程在2小时内完成，且仅导致约10%的线性收缩，性能优于原始PMSQ和含铝的PMSQ干凝胶。偏离最佳pH值范围会影响凝胶化过程：当pH值约为6.5时，凝胶化过程会延迟超过60小时或出现宏观分层；而当pH值高于7.5时，则会发生快速的溶胶-沉淀相分离。这种层次化的分支结构赋予Fe-PMSQ干凝胶卓越的机械强度，使其能够承受高达80%的压缩应变而不会断裂，并在80%至90%的应变范围内表现出显著的应变硬化现象。此外，该材料在60%的应变下可承受400次压缩循环而不变形，并在休息4天后仍能恢复应力。这些优异的性能确保了其在苛刻载荷条件下的结构稳定性，使Fe-PMSQ干凝胶成为工业应用的理想候选材料。}