纳米气泡作为绿色软模板用于功能纳米材料合成的研究进展

《Journal of Environmental Chemical Engineering》：Advances in Nanobubbles as Green Soft Templates for Functional Nanomaterial Synthesis

　　

摘要

中空纳米材料凭借其大比表面积、可调的孔结构以及卓越的官能化能力，在各个领域展现出巨大的潜力。纳米气泡（NBs）作为一种绿色软模板，能够提供稳定的气液界面，诱导材料定向沉积，是构建中空结构的有效策略。本文系统总结了纳米气泡的制备方法及其在中空结构形成中的调控机制，并特别关注其在功能吸附剂制备中的应用潜力。值得注意的是，在海水提铀等资源回收场景中，纳米气泡诱导的中空结构能够显著增强吸附剂的比表面积和选择性，为高效可持续铀吸附材料的发展提供了新的思路。最后，我们分析了纳米气泡在功能材料合成中应用面临的挑战与机遇。

章节概要

引言

纳米气泡（NBs）是分散在水或水溶液中的超小气相腔体，能够在溶液中存活数小时甚至数天。纳米气泡因其非凡的性质而被广泛应用于科学研究中[1]、[2]。纳米气泡的独特性不仅体现在其纳米级尺寸和长时间稳定性上，还体现在其在内部压力、界面结构、气体交换速率及迁移特性方面的优势，尤其在以下领域展现出显著潜力

纳米气泡的制备

纳米气泡可通过八种主要途径产生，其主导机制总结如图1所示。这些方法总体上由空化效应、气体分散、溶解度降低引起的过饱和或原位气体生成所控制。

影响纳米气泡稳定性的因素

纳米气泡的稳定性由热力学、传质和界面效应的耦合作用决定，而非由单一参数控制。Laplace压力驱动的气体扩散促进气泡溶解，而界面电荷、吸附物种、空间位阻屏障和局部气体过饱和可延缓聚并或气体传质。因此，温度、pH值、表面活性剂、电解质和气体性质可能产生相互竞争的影响，其观察到的影响强烈取决于溶液的组成

纳米气泡模板法的应用

最近的研究表明，纳米粒子可聚集在纳米气泡表面并形成壳层[2]、[51]、[52]。通过控制气泡尺寸和表面相互作用，纳米气泡模板法被灵活地用于纳米材料的合成。通过调节气泡尺寸和表面相互作用，纳米气泡模板法为纳米材料的合成提供了一种高效策略。化学反应（如CO₂生成）和溶剂混合（Ouzo效应）是目前常用的

结论与展望

中空纳米材料凭借其高比表面积和孔结构特征，在催化、药物递送和铀离子吸附方面展现出巨大潜力。纳米气泡作为可调模板，无污染、无需移除、节省操作步骤和时间，在合成这些创新材料中起着关键作用。显然，基于纳米气泡的软模板方法制备功能纳米材料能够控制尺寸和形貌，并且

CRediT作者贡献声明

王俊锋：调查研究。 徐豪杰：调查研究。 王珍宝：调查研究。 张伟：调查研究。 赵韵宁：调查研究。 苏万全：调查研究。 吴洋：撰写——初稿，调查研究。 余凯：撰写——审阅与编辑，监督，项目管理，资金获取，概念设计。

利益冲突声明

作者声明，他们没有已知的竞争性经济利益或个人关系，这些利益或关系可能影响本文所报告的工作。

致谢

我们感谢常州市科技计划2024年国际科技合作专题项目（CZ20240017）以及中国博士后科学基金（2024M752728）的支持。

利益冲突

作者声明无利益冲突。

吴洋|苏万全|赵韵宁|张伟|王珍宝|徐豪杰|王俊锋|余凯